首页时事民生政务教育文化科技财富体娱健康情感

旅行百科职场楼市企业乐活学术汽车时尚创业美食幽默美体文摘

比人类神经元快10亿倍！港中文、中科院「超级大脑」：1秒识图3479万张

科技 2025-01-02 11:48 北京

新智元报道

编辑：桃子

【新智元导读】想象一下，一个比人类大脑快10亿倍「超级大脑」是什么概念？来自港中文、中科院物理所等机构研究人员，提出了突破性激光人工神经元，完美复刻了人类神经细胞功能，更创造了惊人的处理速度记录。

人工神经元，比人类大脑快10亿倍，将会是怎样的景象？

如今，这一科幻般的场景，早已成为了现实。

来自香港中文大学、中国科学院物理研究所等机构科学家，成功开发出了一种基于「激光」的人工神经元。

最新研究已发表在Optica期刊上。

论文地址：https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-11-12-1690&id=565919

这个基于芯片的量子点激光器，不仅能完全模仿真实神经细胞功能，更实现了惊人的速度——

即10GBaud信号处理速度，也就意味着它比生物神经元快整整10亿倍。

基于芯片点激光器，可以模拟生物梯级神经元，同时实现10 GBaud的信号处理速度

如何理解这个速度有多快？

能够在1秒内处理1亿次心跳数据；能够在1秒内分析3479万张手写数字图像。

要知道，这个突破可能会彻底改变AI和先进计算领域，提升模式识别和序列预测的能力。

AI模仿生物神经元，飙升10亿倍

这项突破性发现，为何如此重要？

在我们的身体中，存在着不同类型的神经细胞。

其中，梯级神经元（graded neurons）是通过持续改变膜电位来编码信息，实现精细的信号处理。

相较之下，脉冲神经元（spiking neurons）则使用全有/全无的动作点位来传递信息，创造出更为二元的通信方式。

最新研究中技术的关键突破在于，创新的设计方法。

传统的光子脉冲神经元，通常通过将输入脉冲注入激光器的增益区域工作，这种方式会导致延迟，限制了神经元的响应速度。

如下图所示，是脉冲神经元和梯级神经元的在输入输出的对比图。

激光神经元，速度快能耗低

激光人工神经元能够以模仿生物神经元行为的方式，对输入信号做出响应，由于其超快的数据处理速度和低能耗，正被探索用作显着增强计算的一种方式。

然而，迄今为止开发的大多数都是光子脉冲神经元。

这些人工神经元具有有限的响应速度，可能遭受信息丢失，并且需要额外的激光源和调制器。

光子脉冲神经元的速度限制，在最新研究中被打破了。

研究团队另辟蹊径，选择将射频信号注入量子点激光器的可饱和吸收区，巧妙地避开了这一限制。

他们还为可饱和吸收区设计了高速射频板，从而产生了一个更快速、更简单、节能的系统。

港中文研究小组负责人Chaoran Huang表示，「激光梯级神经元突破了当前光子脉冲神经元的速度限制，我们构建的一个储层计算系统（reservoir computing system），在模式识别和序列预测等AI任务中展现出卓越的性能」。

激光梯级神经元在心律失常检测、图像分类等AI任务中，展示了卓越的模式识别和序列预测

他还称，凭借强大记忆效应和出色信息处理能力，单个激光梯度神经元，可以表现得像一个小型神经网络。

因此即便是没有额外复杂连接的单个激光梯级神经元，也能高效地执行机器学习任务。

高速储层计算，1秒处理1亿次心跳数据

为了进一步展示激光梯级神经元的能力，研究团队将其用于构建储层计算系统。

这是一种使用特定网络（称为存层）来处理时间相关数据的计算方法，常用于语音识别、天气预测等领域。

激光梯级神经元的类神经元非线性动力学特性，以及快递处理速度，使其成为支持高速储层计算的理想选择。

下图所示，是储层计算（RC）的架构图。

RC源自循环神经网络，是一种功能强大且经济高效的计算框架，非常适合时间/顺序信息的处理。

它主要由输入层、存储层和读出层组成。在存储层内，非线性节点之间的互联是随机的，权重是固定的，从而避免了对存储层的训练。

这里，只有读出层需要训练，可以通过线性回归等简单且计算高效的方法来完成。

最新研究中，作者选择让激光梯级神经元充当激光储层，来执行储层计算。在输入层中，输入信号被编码为注入激光储层的电脉冲。

在具体实验中，该系统展现出令人印象深刻的性能。

比如它每秒能处理1亿次心跳数据，并以98.4%的平均准确率检测到心率失常模式。

具体来讲，研究人员使用经过处理的MIT-BIH心律失常数据集，开启了失常心跳检测的基准任务。

数据库中包含从47名受试者获得的48个半小时心电图记录摘录，是第一个可广泛用于评估心率失常检测器的测试材料。

在处理后两类MIT-BIH心率失常数据集中，原始心电图波形被重新采样，并被分成单个心跳，每个心跳由50个时间步长组成。

如下图a所示，这些心跳被分类为两组——健康组和心率失常组，分别标记为0和1。

而且，它还在各种AI应用中，展现出优秀的模式识别和序列预测能力，特别是在长期预测任务方面。

在MNIST手写数据集任务中，研究人员又评估了激光储库的分类性能。MNIST数据集包含由28×28灰度像素组成的手写数字图像。

如下图所示，通过使用六重交叉验证方法计算的平均准确度，在四类MNIST手写数字分类任务中达到92.3%。

有网友对此表示，听到这样的突破性进展，让我更加确信我们正在指数增长曲线上稳步前进。

现在的发展速度已经快到了我完全无法预测6个月后甚至一年后我们会发展到什么程度。也许我想得太超前了，但我确实能强烈感受到这些天技术进步的加速度。

那么，激光神经元的发现，意味着什么？

它能够加速AI在时间关键应用中的决策过程，保持高精度的同时，显著提升了处理速度。

若是某天它被整合到边缘计算设备中，实现更快速、更智能的人工智能系统，将会显著降低能源消耗。

研究人员表示，未来下一步，团队努力将提升激光梯度神经元的处理速度，同时开发出包含级联激光梯度神经元的深度储层的计算架构。

参考资料：

https://www.optica.org/about/newsroom/news_releases/2024/december/laser-based_artificial_neuron_mimics_nerve_cell_functions_at_lightning_speed/

https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-11-12-1690&id=565919

智能+中国主平台，致力于推动中国从互联网+迈向智能+新纪元。重点关注人工智能、机器人等前沿领域发展，关注人机融合、人工智能和机器人革命对人类社会与文明进化的影响，领航中国新智能时代。

最新文章

奥特曼惊呼奇点临近！95%人类饭碗将被AI抢走，2028年百万AI上岗

「停止雇佣人类」广告牌爆火，OpenAI放惊人言论：每月2000刀，AI淘汰人类！

首个由o1 pro指导诈骗案开庭！原告九成资产被骗，利用AI绝地反击

OpenAI最大秘密，竟被中国研究者破解？复旦等惊人揭秘o1路线图

CMU等曝光GitHub「地下产业链」！450万个Star都是刷的

陶哲轩自述被拒稿是常事，「大牛名字」不是通行证！

招人！新智元邀你勇闯ASI之巅

2025智能世界50震撼预测！AI海啸来袭，5维度看清AGI与潜在可能

DeepMind天才科学家疑抑郁自杀！41岁SuperGLUE之父英年早逝，AI圈悲痛不已

斯坦福AI科研神器开源，一键成文GPT-4o mini加持！科研写作彻底解放双手

复旦等提出「中国版GPT-Zero」！毕业论文AI率自查神器｜AAAI 2025

动物版谷歌翻译来了？Nature：用AI解码野性的呼唤！

招人！新智元邀你勇闯ASI之巅

史上最激烈H-1B骂战引爆美国！马斯克开炮：进口劳动力断供，美国科技要崩

微软论文意外「走光」，OpenAI参数全泄密！GPT-4o仅200B，o1 300B

比人类神经元快10亿倍！港中文、中科院「超级大脑」：1秒识图3479万张

大规模3D场景2分钟生成，效率提升30倍！中科院发布空间智能新框架 | AAAI 2025

田渊栋：2024年年终总结

招人！新智元邀你勇闯ASI之巅

奇点临近！美国47%工作岗位将被ASI卷走，大佬急发「逃生攻略」

o3拿下25%高分震惊数学教授，2025 IMO金牌或被AI收入囊中！

OpenAI o1「作弊」修改系统，强行击败专业象棋AI！全程无需提示

招人！新智元邀你勇闯ASI之巅

Ilya布局末日倒计时？奥特曼与谷歌大佬揭秘2025年ASI降临时间表！

反手就是开源！英伟达豪掷7亿美元收购专攻GPU初创Run:ai

2024年AI编程有多强？谷歌工程主管揭秘残酷真相

招人！新智元邀你勇闯ASI之巅

惊人反转！OpenAI吹哨人死于谋杀？公寓被洗劫有打斗痕迹，马斯克发声

Hinton发2024末日预警：10年内人类灭绝！奥特曼预言18个月ASI降临

英伟达2025祭出「迷你大脑」，雷神「Thor」剑指千亿机器人市场！

9大基准全面领先，性能暴涨10.8%！视觉价值模型VisVM成「图像描述」新宠

2024年人工智能年终总结报告｜Artificial Analysis

招人！新智元邀你勇闯ASI之巅

谷歌劈柴立军令状：必斩OpenAI，夺回第一！

雷军千万年薪挖角95后天才少女，AI女神逆风翻盘！

o1 pro深评博士医学论文，震惊顶尖免疫学家！2分破解神秘作家身份

招人！新智元邀你勇闯ASI之巅

OpenAI大地震一分为二，全力冲刺AGI！一半向钱看，一半装理想

AI掌控编码人类狂按Tab，软件工程自主时代来临！OpenAI董事长Taylor重磅长文

OpenAI研究员首次提出「AGI时间」进化论！o1数学已达「分钟级AGI」

招人！新智元邀你勇闯ASI之巅

OpenAI微软「秘密协议」首次曝光：盈利超过1000亿美元就是AGI！

吹哨人之死：26岁OpenAI举报人离奇自杀，母亲心碎曝出惊人内幕！

英伟达年终大礼，最强AI GPU曝光！全新B300让o1/o3推理性能上天算力爆表

首篇「角色扮演AI」综述！复旦等提出大模型三层人格分类框架：群体、角色、个性化 | TMLR

招人！新智元邀你勇闯ASI之巅

中国MoE一夜爆火！大模型新王暴打GPT-4o，训练成本仅600万美元

15大机构十年研究证明：无约束AI必然超越人类，创造能力也更强！

英特尔至强6独享MRDIMM，内存带宽飙升，加速推理达2.4倍！

Anthropic联创：Scaling Law没崩，但推理成天价！有了TTT，25年AI更加速

分类

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉