【導(dǎo)讀】在算力需求爆炸式增長(zhǎng)的今天，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)架構(gòu)正逐漸面臨容量、性能與能耗的多重瓶頸。神經(jīng)形態(tài)計(jì)算作為模仿大腦信息處理機(jī)制的前沿技術(shù)，被視為打破這一困局的關(guān)鍵路徑。然而，稀缺的稀土資源和昂貴的制造工藝，卻為其大規(guī)模發(fā)展設(shè)下了障礙。近日，一項(xiàng)來(lái)自俄亥俄州立大學(xué)的研究帶來(lái)了令人振奮的突破：科學(xué)家們利用香菇的菌絲網(wǎng)絡(luò)，成功構(gòu)建出具備高效計(jì)算與多重優(yōu)異特性的“真菌憶阻器”。
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神經(jīng)形態(tài)計(jì)算：向大腦學(xué)習(xí)的高效能架構(gòu)
神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的核心在于借鑒生物大腦數(shù)十億年進(jìn)化所形成的信息處理機(jī)制。這種架構(gòu)天然具備高能效、強(qiáng)適應(yīng)性和并行處理能力，有望在機(jī)器人、自動(dòng)駕駛等實(shí)時(shí)性要求極高的場(chǎng)景中發(fā)揮關(guān)鍵作用。而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵元件之一，就是被稱為“憶阻器”的電子器件。
憶阻器能夠模擬神經(jīng)元之間的連接與信號(hào)傳遞，具備獨(dú)特的電學(xué)特性，支持現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)和自適應(yīng)調(diào)整。同時(shí)，它還能在同一器件中集成存儲(chǔ)與處理功能，從而大幅降低功耗與延遲，是構(gòu)建類腦系統(tǒng)的理想基礎(chǔ)元件。
香菇菌絲：可持續(xù)的“綠色”憶阻材料
長(zhǎng)期以來(lái)，憶阻器的制造依賴于稀土金屬等稀缺資源，不僅成本高昂，也對(duì)環(huán)境構(gòu)成挑戰(zhàn)。俄亥俄州的研究團(tuán)隊(duì)將目光轉(zhuǎn)向了自然界的另一類“智能網(wǎng)絡(luò)”——真菌菌絲。他們發(fā)現(xiàn)，香菇的菌絲體不僅來(lái)源廣泛、可生物降解，還能在電信號(hào)刺激下傳遞類似神經(jīng)元反應(yīng)的“尖峰信號(hào)”，表現(xiàn)出作為憶阻材料的巨大潛力。
研究過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)通過(guò)精確的干燥與再水合處理，調(diào)控菌絲的導(dǎo)電性能，使其在保持穩(wěn)定電學(xué)行為的同時(shí)，避免因水分過(guò)多而影響器件功能。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，香菇菌絲憶阻器在多種電壓、波形與頻率條件下均表現(xiàn)出色。
性能卓越：高頻運(yùn)行與多重抗性
在作為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）的測(cè)試中，香菇菌絲憶阻器展現(xiàn)出令人矚目的性能：它能夠在高達(dá)5,850 Hz的頻率下穩(wěn)定運(yùn)行，準(zhǔn)確率達(dá)到90% ± 1%。這一結(jié)果證明了其在高頻計(jì)算任務(wù)中的可靠性。
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更令人驚喜的是，這種基于生物材料的憶阻器還表現(xiàn)出抗脫水與抗輻射的特性。這些特性使其在極端環(huán)境下——例如深空探測(cè)、航天設(shè)備或長(zhǎng)期野外作業(yè)中——具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
應(yīng)用前景：從邊緣計(jì)算到綠色電子
研究團(tuán)隊(duì)指出，香菇菌絲憶阻器在邊緣計(jì)算、航空航天和嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域擁有廣闊前景。其低功耗、輕量化與抗輻射的特點(diǎn)，能夠有效滿足這些場(chǎng)景中對(duì)硬件性能與耐受性的嚴(yán)苛要求。
此外，真菌憶阻器的成功研發(fā)，也為可持續(xù)電子學(xué)開辟了新方向。它不僅在材料層面實(shí)現(xiàn)了環(huán)保與可降解，更在系統(tǒng)層面架起了“生物電子學(xué)”與“非常規(guī)計(jì)算”之間的橋梁，為未來(lái)構(gòu)建真正綠色、高效的計(jì)算系統(tǒng)提供了全新思路。
