美國(guó)南加州大學(xué)約書亞·楊教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合麻省大學(xué)、美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室及NASA等機(jī)構(gòu)，成功研發(fā)出全球首個(gè)功能完備的1M1T1R人工神經(jīng)元。該成果以封面論文形式發(fā)表于《自然·電子學(xué)》，標(biāo)志著神經(jīng)形態(tài)計(jì)算領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)模仿生物神經(jīng)元的工作機(jī)制，為構(gòu)建類腦硬件學(xué)習(xí)系統(tǒng)開(kāi)辟了新路徑，或?qū)⑼苿?dòng)人工智能向通用智能（AGI）方向跨越。

研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的1M1T1R神經(jīng)元采用三合一創(chuàng)新架構(gòu)：核心為不對(duì)稱擴(kuò)散型憶阻器，負(fù)責(zé)模擬神經(jīng)信號(hào)積累；晶體管充當(dāng)放大輸出器，實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)的強(qiáng)力釋放；電阻則作為計(jì)時(shí)控制器，精確調(diào)節(jié)神經(jīng)元的激活節(jié)奏。通過(guò)納米級(jí)垂直堆疊技術(shù)，整個(gè)神經(jīng)元單元的物理尺寸被壓縮至單個(gè)晶體管級(jí)別，較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)縮減數(shù)百倍。這種高度集成化設(shè)計(jì)使其單次放電能耗降至皮焦耳級(jí)，僅為蚊子振翅能耗的千分之一。若采用3納米制程工藝，能耗有望進(jìn)一步降至艾焦耳級(jí)，達(dá)到人腦神經(jīng)元的數(shù)千分之一。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，由1M1T1R神經(jīng)元組成的循環(huán)脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在處理時(shí)空信息方面展現(xiàn)出卓越能力。面對(duì)模擬人耳聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)的"噴發(fā)脈沖海德堡數(shù)字"數(shù)據(jù)集時(shí)，該系統(tǒng)對(duì)0-9數(shù)字語(yǔ)音的識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)91.35%。研究團(tuán)隊(duì)特別指出，神經(jīng)元的內(nèi)在可塑性使其能高效傳播學(xué)習(xí)信號(hào)，隨機(jī)擴(kuò)散特性幫助系統(tǒng)跳出局部最優(yōu)解，而不應(yīng)期機(jī)制則優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)激活頻率。這些生物級(jí)特性使1M1T1R不僅能模擬神經(jīng)元功能，更成為具備高度適應(yīng)性的計(jì)算單元。

與傳統(tǒng)馮·諾依曼架構(gòu)的計(jì)算機(jī)相比，1M1T1R神經(jīng)元的工作模式更接近人腦。常規(guī)計(jì)算機(jī)處理AI任務(wù)時(shí)，CPU需頻繁往返內(nèi)存調(diào)取數(shù)據(jù)，導(dǎo)致高能耗與發(fā)熱問(wèn)題。而1M1T1R神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用并行異步的事件驅(qū)動(dòng)模式，信息以電脈沖形式在神經(jīng)元間直接傳遞，無(wú)需中央處理器協(xié)調(diào)。這種工作方式使單個(gè)神經(jīng)元即可完成信號(hào)積累、閾值判斷和脈沖輸出，極大提升了計(jì)算效率。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)類比解釋了技術(shù)原理：擴(kuò)散型憶阻器中的銀離子在電場(chǎng)作用下，會(huì)像神經(jīng)元中的鈉鉀離子一樣形成導(dǎo)電通道。施加電壓時(shí)，銀離子定向擴(kuò)散形成通路；撤去電壓后，離子隨機(jī)擴(kuò)散使通路斷裂。這種動(dòng)態(tài)過(guò)程完美復(fù)現(xiàn)了生物神經(jīng)元的充電-放電-復(fù)位循環(huán)。更關(guān)鍵的是，離子運(yùn)動(dòng)的微觀隨機(jī)性賦予了人工神經(jīng)元生物級(jí)的適應(yīng)性，使其能像探險(xiǎn)者尋找新路徑般，在復(fù)雜任務(wù)中探索最優(yōu)解。

這項(xiàng)突破為AI硬件革命帶來(lái)可能。理論上，數(shù)十億個(gè)1M1T1R神經(jīng)元組成的電子大腦，其能耗將遠(yuǎn)低于現(xiàn)有服務(wù)器集群。研究團(tuán)隊(duì)測(cè)算，處理同等規(guī)模AI任務(wù)時(shí)，該系統(tǒng)的能耗可能僅相當(dāng)于一塊智能手表電池。這種超低功耗特性將徹底改變AI部署方式，使類腦計(jì)算系統(tǒng)能夠嵌入可穿戴設(shè)備、醫(yī)療植入物等小型終端，推動(dòng)人工智能向移動(dòng)化、普適化方向發(fā)展。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人約書亞·楊教授強(qiáng)調(diào)，這項(xiàng)成果凝聚了跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)的智慧結(jié)晶。從納米器件的精密制造到生物神經(jīng)機(jī)制的數(shù)學(xué)建模，從電學(xué)特性的精確測(cè)量到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法優(yōu)化，每個(gè)環(huán)節(jié)都凝聚著數(shù)十位科學(xué)家的心血。隨著3納米制程技術(shù)的成熟，這種類腦神經(jīng)元有望在五年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，為構(gòu)建真正具備自主學(xué)習(xí)能力的通用智能系統(tǒng)奠定硬件基礎(chǔ)。