突破性進展！科學家將普通電晶體變身「人工神經元」

新加坡國立大學（NUS）研究團隊最新發現，只需單一標準矽電晶體，就能模擬生物神經元與突觸的運作機制。這項突破為開發類腦運算硬體開闢嶄新道路，相關成果已刊登於2025年3月26日的《自然》期刊。

主導研究的NUS設計與工程學院材料科學系副教授Mario Lanza指出，人類大腦擁有近900億個神經元，透過約100兆個突觸連結形成高效能運算網路。這種天然構造不僅運算能力驚人，能耗效率更遠勝傳統電子處理器。過去數十年來，科學界始終致力於模仿這種生物運算模式。

現行人工神經網路（ANNs）雖在AI領域取得重大進展，但軟體架構的運算資源消耗驚人。類腦運算技術正是為解決此困境而生，其核心在於開發能同時執行記憶與運算的「記憶體內運算」（IMC）架構，並設計更貼近生物神經運作原理的電子元件。

研究團隊突破性地證明，只需調整標準CMOS電晶體的基體端電阻值，就能透過「穿通碰撞電離」與「電荷捕獲」兩種物理現象，重現神經元放電與突觸強度調節的關鍵機制。更令人振奮的是，他們成功將兩個電晶體整合為「神經突觸隨機存取記憶體」（NS-RAM），可自由切換神經元或突觸運作模式。

「相較於需要特殊材料或複雜電路陣列的現有方案，我們的技術完全基於商用半導體製程。」Lanza教授強調，這項設計不僅具備低功耗、高穩定度等實用優勢，更能無縫接軌現有晶片製造體系，為開發新一代AI處理器奠定重要基礎。

實驗資料顯示，NS-RAM單元在反覆運作中保持穩定效能，不同元件間也呈現高度一致的特性。這項突破可望催生更輕薄、高效能的AI運算晶片，讓類腦運算技術真正邁入實際應用階段。