韓國KAIST開發模仿大腦的神經形態晶片
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韓國科學技術院（KAIST）的研究人員透過整合電晶體神經元和突觸（transistor
neurons and synapses），打造了模擬大腦功能的高度可擴展神經形態硬體（
neuromorphic hardware）。利用標準的矽互補式金屬氧化物半導體（CMOS）技術，有機
會降低晶片成本並簡化製造程序。
該研究小組由 Yang-Kyu Choi 教授和 Sung-Yool Choi 教授帶領，為高度可擴展的神經
形態硬體製造基於單個電晶體的神經元和突觸，並且展示了識別文字和人臉圖像的能力。
這項研究在 2021 年 8 月 4 日發表於《Science Advances》期刊。
這與傳統的馮紐曼（Von Neuman）架構不同，神經形態硬體模仿大腦功能，只需要消耗
20 瓦的能量，就可以完成非常複雜的任務。
就像生物大腦，神經形態硬體運作，需要一個在整合某種信號時產生棘波（spike）的神
經元，以及一個紀錄神經元之間連結的突觸。然而在數位或類比電路上構建的神經元和突
觸佔據大量空間，在硬體效率和成本方面受到限制，人類的大腦是由約 1011 個神經元
和 1014 個突觸組成，必須突破這些限制，以便開發行動和物聯網裝置的應用。
也就是，大腦突觸的特徵在單一架構中包含記憶體和運算，能夠構成大腦啟發的非馮諾依
曼（non-von Neumann）電腦架構基礎。神經形態運算的最新趨勢之一就是將神經元的值
編碼為脈衝（pulse）或棘波（spike）。
為了解決這個問題，研究團隊使用單個電晶體模擬了生物神經元和突觸的行為，並將它們
共同整合到一個8吋晶圓上。製造出來的神經形態電晶體與目前大規模生產的記憶和邏輯
用電晶體，具有相同的結構。此外，神經形態晶體管首次證明了它們可以實現 "Janus顆
粒 "，這種結構既是神經元又是突觸，就像硬幣有兩個不同的面。
Yang-Kyu Choi 教授表示，透過用單個電晶體取代基於復雜數位和類比電路的神經元和突
觸，可以大幅降低硬體成本。研究論文第一作者 Joon-Kyu Han 表示，透過使用標準
CMOS 製程，將電晶體神經元和突觸整合在同一晶圓上，神經形態硬體的成本得到了改善
，將加速商業化。這項研究得到了韓國國家研究基金（NRF）和 IC 設計教育中心（IDEC
）的支持。