– 首尔大学研究团队成功设计出可超高速运算的人工智能元件

韩国研究团队成功设计出可用于第四次产业革命的核心技术——人工智能神经形态光子元件。

韩国科学技术信息通信部（长官俞英民，以下简称“科技信通部”）指出，首尔大学朴南圭（音）教授、柳善圭（音）博士及朴贤熙（音）博士团队成功利用光子流动模拟了大脑基本功能单元——神经元的工作模式。该技术有望加快高速演算型人工智能的实现。

该技术有望打破传统半导体的局限，开创超高速-低电力神经形态半导体元件的全新领域，是具有里程碑式意义的研究成果。6月3日，该研究工作在线发表于世界顶级学术期刊《先进科学(Advanced Science, IF=12.441)》。

大脑神经元细胞是神经系统的处理器元件，具有与电子电路晶体管相近的功能。

在神经元的信号处理功能和复杂神经网络的连接下，大脑得以发挥学习及记忆功能。

近期备受人们瞩目的深度学习型人工智能技术利用计算机程序模拟了大脑的神经元网络。然而，仅靠“软件化的”神经网络，难以获得稳定高效的人工智能，必须开发与神经元具有相似工作原理和网络结构的硬件，即人工智能专用神经形态芯片。

随着纳米技术使半导体电子电路精细化到数纳米的量级，发热与运算速度成为了制约半导体元件性能提升的根本要素。当然，这也是实现神经形态半导体“电子”电路的终极制约要素。

幸运的是，利用“光子”而不是“电子”进行演算的神经形态元件可实现在低电力下的无发热高速运转。目前，麻省理工学院(MIT)及斯坦福大学等世界少数研究机构正对此展开十分积极的研究。

研究团队在满足“宇称-时间对称”这一特殊物理对称性的增益、损耗物质基础上，应用了能够控制时间对称性的非线性超材料，成功在光学信号处理过程中，再现了神经元丰富的演算功能。

研究团队开发了输入值与输出值随着光强变化的非线性超材料，将其分别与大脑神经元的钠通道和钾通道对应，成功在神经形态光元件上实现了光速的神经信号处理。

这在理论上证实了可利用光子流动获得如不受外部杂音干扰的强度稳定的电信号等神经形态及仿大脑内存元件所需的丰富功能。这是世界首个可光速运行的超高速仿神经元的概念型光元件设计。

团队带头人朴南圭教授指出“在本研究中，我们以物理学中的对称性再现了生物结构的工作原理，并在此基础上设计了全新的光学元件，体现了学科交叉的思想。”

“具体地，我们将光作为信号递质，模拟了神经网络的基本单位——神经元的功能。这不仅为超高速神经形态元件及人工智能的开发带来新的转机，相关功能还有望应用于高稳定度激光等方面。“

本研究在科技信通部全球化前沿事业（GFP，波能极限控制研究团）、教育部总统Post-Doc. Fellowship课题(PPD)事业及海外优秀新晋研究者吸引事业(KRF)的资助下完成。

资料来源：中韩科学技术合作中心