在類腦視覺芯片領(lǐng)域，復(fù)旦大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)取得了令人矚目的突破，他們聯(lián)合研發(fā)出了基于二維半導(dǎo)體DRAM的仿生神經(jīng)元。這一成果為類腦計(jì)算與視覺處理的融合發(fā)展帶來了新的曙光，有望革新當(dāng)前人工智能在視覺感知方面的應(yīng)用模式。

該團(tuán)隊(duì)在研發(fā)過程中，巧妙地利用了二維半導(dǎo)體獨(dú)特的物理性質(zhì)。二維材料，如石墨烯、二硫化鉬（MoS?）、二硒化鎢（WSe?），具有原子級厚度、高遷移率和優(yōu)異的機(jī)械柔韌性，這些特性為提升器件性能和集成度奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在這款仿生神經(jīng)元芯片中，二維半導(dǎo)體材料成為構(gòu)建核心結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵要素，模擬生物神經(jīng)元和突觸功能，顯著優(yōu)化了傳統(tǒng)芯片的架構(gòu)。

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與傳統(tǒng)視覺芯片相比，這款基于二維半導(dǎo)體DRAM的仿生神經(jīng)元芯片具備多項(xiàng)突出優(yōu)勢。在能耗方面，傳統(tǒng)架構(gòu)中，傳感器、存儲(chǔ)器、處理器分離導(dǎo)致數(shù)據(jù)搬運(yùn)能耗占比超90%，而該芯片通過創(chuàng)新的鐵電疇調(diào)控技術(shù)，將光電探測、權(quán)重存儲(chǔ)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算集成于同一器件，實(shí)現(xiàn)零數(shù)據(jù)搬運(yùn)的實(shí)時(shí)處理，動(dòng)態(tài)目標(biāo)識別能耗僅為傳統(tǒng)方案的0.1%，可將動(dòng)態(tài)視覺處理能耗降低至毫瓦級，極大地提升了能源利用效率。在處理速度上，芯片能在微秒級完成動(dòng)態(tài)圖像識別，面對強(qiáng)光干擾、快速移動(dòng)物體等極端場景，也能快速響應(yīng)，為實(shí)際應(yīng)用爭取到寶貴的反應(yīng)時(shí)間。此外，在復(fù)雜場景下的識別準(zhǔn)確率上，經(jīng)測試其動(dòng)態(tài)目標(biāo)識別準(zhǔn)確率超過95%，性能表現(xiàn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)視覺芯片。

從技術(shù)原理來看，芯片模仿視網(wǎng)膜中光感受器、雙極細(xì)胞和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的協(xié)同工作機(jī)制，采用二維半導(dǎo)體材料構(gòu)建出類似的功能單元。當(dāng)外界視覺信號進(jìn)入，光感受器部分的二維材料吸收光子產(chǎn)生光電流，光電流的變化如同生物視網(wǎng)膜中光感受器對光線強(qiáng)度變化的響應(yīng)；雙極細(xì)胞對應(yīng)的芯片結(jié)構(gòu)則對光電流進(jìn)行進(jìn)一步的處理與轉(zhuǎn)換，類似于生物體內(nèi)雙極細(xì)胞整合光感受器信號并傳遞給神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的過程；神經(jīng)節(jié)細(xì)胞部分的芯片結(jié)構(gòu)最終將處理后的信號輸出，完成對視覺信息從感知到初步處理的過程。同時(shí)，芯片創(chuàng)造性地模仿視網(wǎng)膜的“時(shí)間差分處理”機(jī)制，通過光電流的動(dòng)態(tài)變化直接編碼運(yùn)動(dòng)信息，每幀圖像能耗約為0.1毫焦，相比傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器+GPU處理方案的100毫焦大幅降低，極大提升了視覺信息處理的效率與能耗比。

在實(shí)際應(yīng)用場景中，這款芯片展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，能夠?qū)崟r(shí)捕捉車輛周圍動(dòng)態(tài)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向、速度等關(guān)鍵信息，快速完成分類與識別，為車輛控制系統(tǒng)提供精準(zhǔn)且及時(shí)的決策依據(jù)，助力自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在復(fù)雜路況下做出更安全、高效的行駛決策。在安防監(jiān)控方面，芯片的高準(zhǔn)確率和快速響應(yīng)能力使其能夠迅速察覺監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的異常動(dòng)態(tài)，即便在光線復(fù)雜、目標(biāo)快速移動(dòng)等惡劣條件下，也能穩(wěn)定運(yùn)行，為安防保障提供可靠支持。在機(jī)器人領(lǐng)域，可為機(jī)器人賦予更敏銳的視覺感知能力，使其在執(zhí)行任務(wù)時(shí)能夠更好地理解周圍環(huán)境，靈活應(yīng)對各種場景，提升機(jī)器人的智能化水平和作業(yè)能力。

此次復(fù)旦團(tuán)隊(duì)聯(lián)合研發(fā)的基于二維半導(dǎo)體DRAM的仿生神經(jīng)元類腦視覺芯片，在技術(shù)創(chuàng)新與性能提升上取得了重大突破，為類腦視覺芯片的發(fā)展開辟了新路徑，隨著技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化與完善，必將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，推動(dòng)人工智能視覺應(yīng)用邁向新高度。

來源：半導(dǎo)體芯科技

審核編輯 黃宇