【導(dǎo)讀】當(dāng)傳統(tǒng)二進制計算架構(gòu)陷入算力堆疊與能耗高企的瓶頸，生物神經(jīng)系統(tǒng)依托尖峰信號實現(xiàn)的高效智能，為類腦計算研究點亮了新方向。本文圍繞萬老師團隊的研究成果，從尖峰信號這一生物智能的核心特質(zhì)出發(fā)，拆解類腦計算在器件層面的雙重探索路徑——憶阻器的存算協(xié)同潛力與晶體管的三維互聯(lián)突破，剖析測試表征對器件工程化的關(guān)鍵制約與解決方案。

從尖峰信號出發(fā)：類腦計算的器件原點

萬老師指出，傳統(tǒng)計算體系依賴二進制邏輯，而生物神經(jīng)系統(tǒng)的信息交互本質(zhì)是尖峰信號（spike）。在自然界中，昆蟲和微生物能夠在極低能耗、極簡結(jié)構(gòu)下完成復(fù)雜任務(wù)，這與當(dāng)下算力堆疊式 AI 架構(gòu)形成鮮明對比。現(xiàn)實世界的諸多應(yīng)用，并不依賴高精度數(shù)值計算，而更接近模擬計算與動力學(xué)過程的協(xié)同。

正是在這一認(rèn)知基礎(chǔ)上，其團隊將研究重心放在神經(jīng)形態(tài)器件上，希望在器件層面復(fù)刻生物智能的高效與魯棒性。

憶阻器與晶體管：器件路線的雙重探索

在器件選擇上，萬老師團隊主要聚焦兩條技術(shù)路線：憶阻器與晶體管型器件。非易失性憶阻器適用于存算一體架構(gòu)中的高精度計算；而動態(tài)憶阻器因其易失性和信號衰減特性，更貼近生物神經(jīng)系統(tǒng)的時間動力學(xué)行為，能夠同時承載刺激幅值與時間信息。

與此同時，多柵極晶體管結(jié)構(gòu)為類腦系統(tǒng)提供了另一種可能——突破二維互聯(lián)限制，向更高密度的三維互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)演進，為大規(guī)模類腦系統(tǒng)構(gòu)建提供新的工程路徑。

測試成為關(guān)鍵變量：從器件走向系統(tǒng)的必經(jīng)之路

隨著器件響應(yīng)速度不斷提升，測試與表征逐漸成為類腦器件工程化過程中不可忽視的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。萬老師提到，其團隊已實現(xiàn)納秒級響應(yīng)器件的研發(fā)，對測試系統(tǒng)在速度、精度和同步性方面提出了更高要求，尤其是在尖峰信號捕捉與時序一致性上。

此外，類腦研究往往需要光學(xué)與電學(xué)平臺的協(xié)同工作，這對測試系統(tǒng)的開放性與可定制能力提出了挑戰(zhàn)。泰克 4200 A-SCS半導(dǎo)體參數(shù)分析系統(tǒng)所提供的開放接口與自動化能力，有效降低了多平臺協(xié)同測試的復(fù)雜度，使科研人員能夠?qū)⒏嗑ν度氲狡骷C理與系統(tǒng)構(gòu)建本身。

走向工程現(xiàn)實：規(guī)?；c探索并行

談及未來方向，萬老師將類腦研究概括為“兩條路徑并行”：一方面，持續(xù)推動器件性能提升與系統(tǒng)規(guī)模化，探索可落地的工程應(yīng)用；另一方面，堅持對尖峰動力學(xué)等基礎(chǔ)問題的探索，以邏輯推理和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新挖掘新的計算范式。

例如，基于尖峰編碼的儲池計算網(wǎng)絡(luò)，無需反向傳播訓(xùn)練，依托時間與空間的隨機性即可完成非線性映射，在光信號處理、邊端計算等場景中展現(xiàn)出低功耗與低成本潛力。