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 計算機越來越智能，但是智能的算法卻需要大量的資源。一臺計算機以 GHz 的頻率運行，功耗上千瓦。而人類的大腦運行速率比電腦慢幾百萬倍，只有約 20W 的功率，卻能輕松做到這一切。

　　以戰勝李世石的 AlphaGo 為例，它使用了 48 個 TPU，每個 TPU 功率是 40W，能效比遠遠低于人類。

　　因此科學家們一直在努力，希望能造出接近人類大腦效率的設備。

　　最近 MIT 的研究人員設計了一種由納米線制成的超導神經元，在許多方面已經表現得像真的神經元一樣，至少在能效上是這樣。

　　與人腦對比

　　功率等于電壓乘以電流。研究人員對每個電路元件的電流、電壓乘積對時間進行積分，計算出了人造超導神經元的能耗。

　　研究人員經過分析發現，超導納米線神經元對于每個動作電位消耗約 0.05fJ（1fJ=10^-15J，即千萬億分之一焦）的能量，而突觸的能耗小一個數量級，大約為 0.005fJ。

　　由于超導電路使用很少的能量，這種超導神經網絡效率可與生物神經網絡媲美。能效比（每秒每瓦突觸操作量，SOPS/W）已經和人類神經元處于同一個量級，比一般的計算設備高出 4 個數量級。

　　下表是人腦、兩種 CMOS 以及超導納米線神經元之間的對比。

　　工作原理

　　人類神經元是靠動作電位來傳遞信號。所謂動作電位是指的是細胞膜受到刺激，使膜的內外的電位差發生反轉，然后再傳播出去。

　　而且人類神經元還有個特性：除非輸入信號超過某個閾值，否則它們不會產生興奮，像極了數字電路。超導納米線具有獨特的非線性特性，也可以像神經元一樣產生這種作用。這種性質是由超導體的臨界電流造成的。

　　當電流超過某個閾值時，納米線的超導電性會消失，從原來的完全沒有電阻到產生電阻，然后在電路兩端產生電壓。電阻突然增加，就會產生電壓脈沖，這就類似于神經元中的動作電位。

　　一個超導神經元電路由兩組納米線組成，分為主振蕩器和控制振蕩器。為了觸發動作電位，需要施加一個小的輸入電流脈沖，并與偏置電流相加，使其超過主振蕩器的 LC，使其發生轉換。

　　此時，電流脈沖與偏置方向相反，因此控制振蕩器不會觸發。一旦主振蕩器狀態改變，電流就會以逆時針方向加到超導回路上，它與偏置電流相加，才能觸發控制振蕩器。

　　主振蕩器以回路電流的形式將磁通量添加到超導回路，這類似于人類神經元鈉離子流入細胞引起電流的作用，控制振蕩器的作用類似于鉀離子輸出電流。

　　出了動作電位閾值外，超導納米線電路還有類似于人類神經系統不反應期這種特性。

　　研究人員希望，未來用這種超導納米線神經元實現低功耗的神經網絡。