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科学家研发出世界首个多态存储器 可模拟人脑存储信息

归档日期:06-11       文本归类:多态      文章编辑:爱尚语录

  让计算机像人一样思考,是人工智能技术的追求目标。近日,澳大利亚研发出的电子多态存储器为模拟人脑提供了一个新途径,能模拟人脑在处理信息的同时对多种信息进行存储的能力,虽然一旦成功,就是革命性成果,绝不是治疗疾病那么简单。但是否管用,还需时间检验。

  澳大利亚墨尔本皇家理工大学科学家日前通过模拟人脑处理信息的过程,开发出一种能长期保存信息的存储器。该设备被认为是世界第一个电子多态存储器,能模拟人脑在处理信息的同时对多种信息进行存储的能力,为体外复制大脑和电子仿生大脑的出现铺平了道路。

  领导这项研究的沙拉斯·斯利拉姆博士是该校微纳米研究中心(MNRF)功能材料与微系统研究小组的负责人之一。他表示,模拟大脑长期记忆是一项重要突破。新研究解决了发展模拟人脑所面临的一个关键难题,让电子仿生大脑离现实更近了一步。此外,这项研究还有助于为阿尔茨海默氏症和帕金森氏病等常见神经系统疾病的治疗提供帮助。

  斯利拉姆说:“人类大脑是一个非常复杂的模拟计算机,它的演化基于以往的经验。到现在为止,这个功能一直未能通过数字技术得到充分再现。此次研究是我们在创建电子仿生脑过程中最贴近真实大脑的一次尝试。它能模拟人脑学习、存储以及检索、提取信息。这种高密度、超高速模拟记忆存储器将成为生物神经网络乃至人工大脑的基础部件。”

  墨尔本皇家理工大学的侯赛因·尼里博士说,这项新发现的重要价值在于,它让多态细胞存储和处理信息成为了现实,而这与大脑处理和存储信息的方式非常相似。他用了一个形象的对比来说明新技术的优势,“以前计算机的记忆就像用只能拍摄黑白图像的摄像头所获取的图像一样,只有黑与白,而新技术则带来了具有明暗对比、光线强弱、物体质感的彩色世界。”对计算机信息存储而言,这是一个重要的突破。

  尼里说:“与那些传统的、只能存储0和1的数字存储器相比,这些新设备能‘记住’更多的信息,此外还能保留并检索出此前存储过的信息,这让人十分兴奋。”

  这项成果建立在该研究中心2014年年底的一项研究上。他们用比人类头发还要细1000倍的非晶钙钛矿氧化物,开发出一种纳米级超快忆阻器。

  该装置能够在断电后“记住”之前保存过的信息。尼里博士说,这项研究应用范围将十分广泛,其中就包括复制出一个体外大脑的可能。除了为人造大脑提供帮助外,这种复制大脑还有望为大脑及神经系统疾病的治疗提供帮助,减少相关治疗和实验所面临的伦理问题。

  存储器(Memory)是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。其概念很广,有很多层次,在数字系统中,只要能保存二进制数据的都可以是存储器;在集成电路中,一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器,如RAM、FIFO等;在系统中,具有实物形式的存储设备也叫存储器,如内存条、TF卡等。

  计算机中全部信息,包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。

  有了存储器,计算机才有记忆功能,才能保证正常工作。计算机中的存储器按用途存储器可分为主存储器(内存)和辅助存储器(外存),也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常是磁性介质或光盘等,能长期保存信息。内存指主板上的存储部件,用来存放当前正在执行的数据和程序,但仅用于暂时存放程序和数据,关闭电源或断电,数据会丢失。

  人体有很多器官,而人类的大脑,一直是一个神秘且复杂的地方。即使科技高速发展的今天,人类仍然未能完全了解这个器官,大脑仍有很多秘密等待我们去发现和解答。记忆存储是大脑一项非常重要的功能,一幅图,一段声音,一个场景……几乎所有的事情大脑都能够将这些信息转化为信号存储在大脑内。可以说,人类的大脑存储的数据容量非常可观。

  人类大脑能够存储多少信息呢?至今这个问题也一直没有让大众比较认可的答案。由于大脑复杂的记忆、回忆、遗忘等特性,让目前的科学技术束手无策,我们只能去大体去估量一下大脑记忆的存储容量。

  人类的大脑是由大约140亿个细胞组成的,具有极大的贮存量,可以在每秒接受十来个信息。一个信息单位我们将它叫做比特,大约相当于一个单词。这样,人类的大脑的容量就相当1400万亿个比特。

  1400万亿个比特有多大呢?它相当于全世界所有图书馆的图书的内容,何况人类的记忆非常复杂,还有潜意识等。但1400万亿个比特只是估算出人类记忆的极限,人类的记忆实际应用只相当于大脑的十分之一,即使如爱因斯坦这样伟大的科学家,也只用了自己大脑三分之一的功能。所以人类的大脑更多的细胞是处于“待业”的状态,人类并没有将所有的细胞都充分的利用起来。这也是很多人认为人类的潜力依然巨大的主要依据。

  人类的大脑可以看成计算机,那么记忆就相当于计算机的硬盘,能够写入、存储和掌控大量信息,但显然,人脑如今的强大的存储功能并不是当前的硬盘所能够相比的,人脑的记忆功能要比计算机强大很多。那么如果把大脑的存储内容写入计算机的硬盘,需要多大的硬盘呢?

  如果把大脑的存储内容写入计算机的硬盘,需要多大的硬盘呢?首先我们来看一下硬盘的存储原理。要了解硬盘的存储空间,我们需要了解下硬盘的结构以及存储原理,从介绍中我们可以知道,硬盘大致由磁盘、读写的磁头,马达、电路板等几个部件组合而成。

  硬盘盘片一般是在以铝为主要成分的片基表面涂上磁性介质所形成,在磁盘片的每一面上,以转动轴为轴心、以一定的磁密度为间隔的若干个同心圆就被划分成磁道(track),每个磁道又被划分为若干个扇区(sector),数据就按扇区存放在硬盘上。

  硬盘储存数据写入时,磁头线圈上会加电,同时在周围产生磁场,磁化其下的磁性材料;电流的方向不同,所以产生的磁场方向也不同,可以表示0和1的区别。读取时,磁头线圈切割磁场线产生感应电流,磁性材料的磁场方向不同,所以产生的感应电流方向也不同。

  不论是什么计算机文件,歌曲、视频、图片、文档等等都是以二进制的序列存在的,也就是很多个“011......”这样的东西,硬盘上的存储的文件实际上就是存储着这些0和1的序列。硬盘的磁头能够按照指令读取相应位置的信号,并且能够改变指定位置的磁场方向,这就是数据的读和写。

  硬盘的二进制方式与神经元之间的一个信息相似,根据上面我们估算的大脑存储的信息,即使放在6TB的硬盘,也需要200块左右的硬盘中。虽然这一估算结果可能会与真实的结果有偏差,但是我们也可以从中看出人类大脑所存储的数据是巨大的,这么大的数据对于目前的硬盘存储来说还是具有挑战的。

  一个小小人脑所存储的信息,竟然需要200块6TB的硬盘来存储。可见,人脑的存储方式要比磁盘的存储方式高级很多。如今,我们正处在大数据时代,数据呈几何状态爆发,数据存储的方式来面临着极大的挑战。当前的存储技术使得硬盘的最大空间很难再有显著提升,未来很可能无法满足存储我们的数据。

  人脑的存储方式无疑值得研发人员借鉴。让我们来看一下人类有可能借鉴大脑的哪些存储功能呢?

  人类大脑的选择性记忆方式无疑是硬盘需要学习的主要的方式。如今,硬盘只会一味的写入和读取信息,并不会根据需求进行智能的存储,这造成了很多的垃圾信息也存入到硬盘中,造成了数据量过大,浪费钱。

  人类大脑会根据记录的信息,将所发生的事件记录下去,并且能够根据不同的信息分配到不同的地方去存储,大脑能够根据图片、视频、文字、数字等方式将数据分离开,硬盘也需要这种方式能够将不同的数据分开。

  不是很重要的记忆,人类大脑就会自动的逐渐遗忘,这种自动删除的方式有人认为并不是大脑的好处,但其实,能够根据信息的重要性与否来完成自动删除的过程,是一个极其高级的能力,这样不仅精简了数据,还扩大了大脑的存储空间。

  人类大脑能够根据自己的需求,从大脑中自动搜索需要的信息,在庞大的数据信息中快速的搜寻自己需要的信息,这是一个非常大的能力。当前的数据存储索引技术虽然已经出现,但是无论从精确度还是速度方面,都并不完美,借鉴大脑的索引能力,无疑是一个非常重要的技术。

  人类自身就有太多的迷惑,大脑是人体中一个最神秘的地方,拥有很多高科技都无法研究出现的特性。数据存储在大数据来临之际,将需要新的技术变革,原本的存储技术很难在未来满足人们的存储需求,需要新的存储技术出现,研究人类大脑的存储方式无疑是一个值得深挖的课题,其很可能影响未来数据存储的发展趋势。

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