计算机行业:人工智能时代“晶体管”横空出世,IBM制成首个相变神经元

事件:美国当地时间8月3日,IBM官方宣布其苏黎世研究中心制成了世界上第一个人造纳米尺度随机相变神经元,可用于制造高密度、低功耗的认知学习芯片。

IBM已经构建了由500个该神经元组成的阵列,并让该阵列以模拟人类大脑的工作方式进行信号处理。

点评:

IBM人造神经元实际上是利用相变材料特性模拟大脑最基本物理机制。大脑最基本单元神经元物理机理类似于电阻和电容:神经元薄膜阻止电流直接通过,但同时又在吸收能量,当能量吸收到一定程度,它就向外发射自己产生的信号被其他神经元接收,然后再重复这一过程。IBM研发的全球首个人造相变神经元正是利用相变材料GST合金实现大脑神经元的这种物理机制。

GST合金可以通过电流实现相变,晶相下GST合金是绝缘的,而非晶相下GST合金是导电的。与生物神经元相同,人造神经元输入端累计电流,GST合金由晶相慢慢相变为非晶相开始导电,最终电流通过,产生神经信号。而一段时间后,GST合金会恢复为晶相,神经元重置。而且GST合金每次重置后都会和之前略有区别,这就产生了与生物神经元类似的随机性。

人造相变神经元有望成为人工智能时代的"晶体管",意义重大。相变神经元因为充分模拟了大脑神经元的基本物理机制,具备高信号传输速度却功耗极低的特性,且能够实现生物神经元的随机性。更重要的是该神经元采用的相变材料GST合金是相当成熟的材料(蓝光光盘功能材料),可历经几十亿次工作而不损坏(寿命长),体积极小(IBM论文中提出可以做到14纳米),因此是制造高密度、低功耗的人工智能芯片的绝佳器件。60多年前晶体管的诞生成为集成电路革命的先声,从而奠定了整个信息时代的基石。IBM人造相变神经元有望成为人工智能时代的"晶体管",从基础器件层面引领人工智能时代的到来。

进一步验证人工智能芯片发展路线图。我们在此前《芯际争霸》人工智能芯片深度报告中前瞻指出,按照设计的目的从加速深度学习算法到希望从底层结构模拟人脑来更好实现智能,人工智能芯片将从目前采用GPU、FPGA等已有芯片的过渡态向专用定制芯片、类脑计算芯片形态发展,IBM制成世界上第一个人造纳米尺度随机相变神经元再度验证了我们提出的人工智能芯片发展路线图。IBM目前已经构建了由500个该人造神经元组成的阵列,并让该阵列以模拟人类大脑的工作方式进行信号处理,未来有望从器件层面带来整个基础计算架构的颠覆性革命。

投资建议:IBM相变人工神经元的横空出世有望从器件层面引领新一轮计算基础架构革命。芯片行业作为产业最上游,是人工智能时代的开路先锋,也是人工智能产业发展初期率先启动、弹性最大的行业。信息时代产生了英特尔这样的千亿市值芯片巨头,拥有更大应用市场的人工智能时代必将孕育出更多的“英特尔”。我们重点推荐已经在人工智能算法芯片化方向上开始前瞻布局的公司:

东方网力(合作方商汤科技自主研发深度学习核心芯片),科大讯飞、中科曙光(战略投资全球深度学习处理器芯片领军公司寒武纪),汉邦高科(与清华电子系合作布局人工智能核心算法的芯片化),和而泰(卡位智能家用设备控制器入口)。

此外,专用深度学习芯片和计算平台将大大提升人工智能算法运行效率,推动产业应用加速发展,继续重点推荐同花顺、思创医惠、科远股份、汉王科技等。此外,近期有多家公司进军图像识别或指纹识别等人工智能基础领域,我们也建议关注,包括神思电子、江南化工、远方光电、北部湾旅、奥飞娱乐、昆仑万维等。