氧化物全光控突触研究进展

1

作者 单海 应宏微 +4 位作者 程培红 胡令祥 王敬蕊 叶志镇 诸葛飞 《发光学报》 北大核心 2025年第2期245-259,共15页

类脑神经形态计算有望克服传统冯·诺依曼计算架构瓶颈,实现低功耗、高效信息处理,进而推动人工智能技术的发展。人工突触是构建神经形态系统的关键硬件,其中光电突触结合了电子学和光子学优势,具有光学感知、信息计算和存储等多种... 类脑神经形态计算有望克服传统冯·诺依曼计算架构瓶颈,实现低功耗、高效信息处理,进而推动人工智能技术的发展。人工突触是构建神经形态系统的关键硬件,其中光电突触结合了电子学和光子学优势,具有光学感知、信息计算和存储等多种功能。新兴的全光控光电突触,其电导非易失性增大和降低均通过光信号实现,可有效避免电信号对器件微结构的破坏,改善工作稳定性,并且赋予突触器件新的功能。氧化物易制备,与CMOS工艺兼容性好,是使用最广泛的人工突触材料。本文梳理了具有长程可塑性的氧化物全光控突触器件研究进展,分别讨论了基于光波长和光功率调控的全光控突触,主要聚焦器件结构、材料选择和光电响应机制,最后分析了当前全光控突触发展面临的挑战。 展开更多

关键词 神经形态计算 光电突触 全光控突触 长程可塑性 氧化物

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基于自适应替代梯度和阈值脉冲池化的脉冲神经网络

2

作者 吕兆麟 梁正友 +1 位作者 孙宇 浦斌 《小型微型计算机系统》 北大核心 2025年第6期1326-1332,共7页

脉冲神经网络(SNN)与传统人工神经网络(ANN)相比具有更好的生物可解释性和更低的能耗,并被认为是扩展神经网络应用领域的一种极有前景的解决方案.但由于不能直接使用梯度下降算法来训练SNN,因此SNN在模型性能上仍与ANN存有一定的差距,... 脉冲神经网络(SNN)与传统人工神经网络(ANN)相比具有更好的生物可解释性和更低的能耗,并被认为是扩展神经网络应用领域的一种极有前景的解决方案.但由于不能直接使用梯度下降算法来训练SNN,因此SNN在模型性能上仍与ANN存有一定的差距,这限制了SNN的实际应用.为此提出一种新型自适应替代梯度方法(ASG)以更好地将梯度下降算法应用在SNN的训练上;还提出一种阈值脉冲池化结构(TSPooling)以提升模型表达能力,从而使训练后的SNN模型在保持低能耗特性的同时拥有更好的推理性能.使用所提出的方法训练改进ResNet-18网络模型,在CIFAR-100数据集和CIFAR10-DVS数据集上进行实验,识别结果较基准网络模型有明显提升,改进的模型在CIFAR-100数据集上的准确率达到了76.41%,优于其他6个主流模型,验证了其有效性. 展开更多

关键词 脉冲神经网络 神经形态计算 替代梯度 脉冲编码

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氧化钨忆阻器的制备及其神经突触特性

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作者 邱志程 李阳 《济南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期278-285,共8页

为了实现忆阻器在神经网络中的应用,采用磁控溅射技术制备模拟型氧化钨忆阻器;在氧化铟锡导电玻璃衬底上依次生长氧化钨薄膜和银薄膜,将氧化钨作为阻变层,氧化铟锡作为底电极,银作为顶电极;采用扫描电子显微镜和系统数字源表表征制备的... 为了实现忆阻器在神经网络中的应用,采用磁控溅射技术制备模拟型氧化钨忆阻器;在氧化铟锡导电玻璃衬底上依次生长氧化钨薄膜和银薄膜,将氧化钨作为阻变层,氧化铟锡作为底电极,银作为顶电极;采用扫描电子显微镜和系统数字源表表征制备的氧化钨忆阻器的结构、电学性能和导通机制。结果表明:制备的氧化钨忆阻器具有优异的突触性能,阻变机制由银导电细丝为主导;将制备的忆阻器用于神经网络仿真,准确率达到99.11%,与中央处理器的准确率99.31%相近,能够应用于神经形态的计算。 展开更多

关键词 忆阻器 人工突触 磁控溅射 神经网络 神经形态计算

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用于通用存储和神经形态计算的相变存储器的研究进展 被引量：1

4

作者 连晓娟 李甫 +2 位作者 付金科 高志瑄 王磊 《半导体技术》 北大核心 2024年第1期1-29,共29页

存算一体技术目前被认为是一种可以消除冯·诺依曼计算架构瓶颈的可行性技术。在众多的存算一体器件中,相变存储器(PCM)因其具有非易失性、可微缩性、高开关速度、低操作电压、循环寿命长以及与现有半导体工艺相兼容等优点,被认为... 存算一体技术目前被认为是一种可以消除冯·诺依曼计算架构瓶颈的可行性技术。在众多的存算一体器件中,相变存储器(PCM)因其具有非易失性、可微缩性、高开关速度、低操作电压、循环寿命长以及与现有半导体工艺相兼容等优点,被认为是未来通用存储和神经形态计算器件中最具竞争力的候选者之一。首先介绍了PCM的工作原理和器件材料结构,并详细讨论了PCM在通用存储和神经形态计算领域的应用。PCM具有高集成度和低功耗的共性需求,但这两个应用领域对材料性能有不同的侧重点。详细分析了PCM目前存在的优缺点,如高编程电流导致的功耗问题,以及商业化应用面临的主要挑战。最后,针对PCM的研究现状提出了一系列改进措施,包括材料选择、器件结构设计、预操作、热损耗降低、3D架构,以及解决阻态漂移等问题,以推动其进一步发展和应用。 展开更多

关键词 非易失性存储器(NVM) 相变存储器(PCM) 通用存储 存算一体 神经形态计算

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氧化物神经元器件及其神经网络应用

5

作者 李宗晓 胡令祥 +1 位作者 王敬蕊 诸葛飞 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期345-358,共14页

目前,人工智能在人类社会发挥着越来越重要的作用,以深度学习为代表的人工智能算法对硬件算力的要求也越来越高。然而随着摩尔定律逼近极限,传统冯·诺依曼计算架构越来越难以满足硬件算力提升的迫切需求。受人脑启发的新型神经形... 目前,人工智能在人类社会发挥着越来越重要的作用,以深度学习为代表的人工智能算法对硬件算力的要求也越来越高。然而随着摩尔定律逼近极限,传统冯·诺依曼计算架构越来越难以满足硬件算力提升的迫切需求。受人脑启发的新型神经形态计算采用数据处理与存储一体架构,有望为开发低能耗、高算力的新型人工智能技术提供重要的硬件基础。人工神经元和人工突触作为神经形态计算系统的核心组成部分,是当前研究的前沿和热点。本文聚焦氧化物人工神经元,从神经元数学模型出发,重点介绍了基于氧化物电子器件的霍奇金–赫胥黎神经元、泄漏–累积–发射神经元和振荡神经元的最新研究进展,系统分析了器件结构、工作机制对神经元功能模拟的影响规律。进一步,根据不同尖峰发射动态行为,阐述了基于氧化物神经元硬件的脉冲神经网络和振荡神经网络的研究进展。最后,讨论了氧化物神经元在器件、阵列、神经网络等层面面临的挑战,并展望了其在神经形态计算等领域的发展前景。 展开更多

关键词 氧化物 神经元器件 类脑计算 神经形态计算 人工神经网络 综述

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二维TMC忆阻器在神经形态计算中的研究进展 被引量：1

6

作者 毛成烈 高小玉 南海燕 《半导体技术》 北大核心 2024年第2期109-122,共14页

忆阻器和突触器件作为一种有潜力的神经形态器件,近年来得到了广泛的研究。二维过渡金属硫族化合物(2D TMC)由于其独特的性能,使基于其的电子器件制造工艺具有高集成度、高兼容性和高扩展性等优势。对基于2D TMC的高性能忆阻器在神经形... 忆阻器和突触器件作为一种有潜力的神经形态器件,近年来得到了广泛的研究。二维过渡金属硫族化合物(2D TMC)由于其独特的性能,使基于其的电子器件制造工艺具有高集成度、高兼容性和高扩展性等优势。对基于2D TMC的高性能忆阻器在神经形态计算中的应用进行了全面的综述。首先介绍了2D TMC及其异质结在忆阻器中的应用潜力,然后基于该类材料的基本结构和物理性能,对近年来报道的器件进行了分类介绍,接着讨论了这些新兴材料和器件在神经形态计算中的应用,最后基于目前存在的问题,提出了解决方案,并对该类器件在其他场景的应用进行了展望。 展开更多

关键词 二维过渡金属硫族化合物(2D TMC) 异质结 忆阻器 人工突触 神经形态计算

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基于脉冲神经网络的智能控制研究进展

7

作者 刘晓德 郭宇飞 +1 位作者 黄旭辉 马喆 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期2189-2206,共18页

近些年,具备低功耗、高鲁棒、融合时空信息等优势的脉冲神经网络(SNN)在类脑研究与智能控制的交叉领域方兴未艾.基于脉冲神经网络架构的智能控制方法是实现与环境自主交互并且高能效完成复杂控制任务的有效途径之一.为此,本文首先介绍了... 近些年,具备低功耗、高鲁棒、融合时空信息等优势的脉冲神经网络(SNN)在类脑研究与智能控制的交叉领域方兴未艾.基于脉冲神经网络架构的智能控制方法是实现与环境自主交互并且高能效完成复杂控制任务的有效途径之一.为此,本文首先介绍了SNN的基本要素与研究动机;然后,详细介绍了近年来基于脉冲神经网络智能控制的研究进展以及在机器人、无人车、无人机等领域的应用情况;接着,总结了一些现有的硬件平台,用以实现SNN算法的高效能实现;最后,总结展望了SNN控制发展的机遇与挑战.本文旨在梳理出SNN控制发展的技术脉络,为其快速发展提供借鉴与思路. 展开更多

关键词 脉冲神经网络 深度学习 神经网络与智能控制 神经形态计算

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氧化钨-氧化锌忆阻器的制备及其神经突触特性

8

作者 李守亮 岳文静 李阳 《济南大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第3期362-368,共7页

为了实现忆阻器在神经形态计算中的应用,采用射频磁控溅射技术,在氧化铟锡导电玻璃衬底上依次生长氧化钨、氧化锌异质结的阻变层和银顶电极,制备氧化钨-氧化锌忆阻器,对制得忆阻器的结构、化学组成及电学性能进行表征和测试。结果表明:... 为了实现忆阻器在神经形态计算中的应用,采用射频磁控溅射技术,在氧化铟锡导电玻璃衬底上依次生长氧化钨、氧化锌异质结的阻变层和银顶电极,制备氧化钨-氧化锌忆阻器,对制得忆阻器的结构、化学组成及电学性能进行表征和测试。结果表明:制得的忆阻器具有类似生物的神经突触特性,阻变行为由界面势垒调控机制主导作用;制得的忆阻器交叉阵列用于分类识别的平均正确率达到86.3%,接近中央处理器网络的平均正确率87.4%,可用于神经形态计算。 展开更多

关键词 忆阻器 神经突触 射频磁控溅射 神经形态计算 分类识别 神经网络

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基于忆阻器交叉阵列的卷积神经网络电路设计 被引量：6

9

作者 胡飞 尤志强 +1 位作者 刘鹏 邝继顺 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期1097-1107,共11页

由于在神经形态计算方面具有优良的性能,忆阻器交叉阵列引起了研究者的广泛关注.利用忆阻器与传统器件提出了1个改进的忆阻器交叉阵列电路,可以准确地存储权重与偏置,结合相应的编码方案后可以运算点积操作,并将其用于卷积神经网络中的... 由于在神经形态计算方面具有优良的性能,忆阻器交叉阵列引起了研究者的广泛关注.利用忆阻器与传统器件提出了1个改进的忆阻器交叉阵列电路,可以准确地存储权重与偏置,结合相应的编码方案后可以运算点积操作,并将其用于卷积神经网络中的卷积核、池化与分类器部分.利用改进的忆阻器交叉阵列和基于卷积神经网络本身拥有的高容错性,还设计了1个忆阻卷积神经网络结构,可以完成1个基本卷积神经网络算法.在卷积操作后直接存储模拟形式的计算结果,使得卷积操作与池化操作之间避免了1次模数-数模转换过程.实验结果表明:设计的面积为0.852 5cm^2芯片上的运算性能是1台计算机速度的1 770倍,在面积基本相当的前提下,性能比前人设计的电路提高了7.7倍.设计存在可以接受的微小识别误差开销,与软件运行结果相比,此电路在每个忆阻器存储6b或8b信息的情况下平均识别误差分别只增加了0.039%与0.012%. 展开更多

关键词 神经形态计算 卷积神经网络 忆阻器 忆阻器交叉阵列 硬件加速

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基于脉冲神经网络的类脑计算 被引量：6

10

作者 王秀青 曾慧 +2 位作者 韩东梅 刘颖 吕锋 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第12期1277-1286,共10页

针对当前重要国际科技前沿--类脑计算进行研究,讨论了类脑计算的研究内容、特点和研究现状.类脑计算不是简单的人脑神经元的模拟和神经元模型的应用,而是对人脑的信息处理规律、复杂的工作模式及思维、学习、推理、决策本质性机理的深... 针对当前重要国际科技前沿--类脑计算进行研究,讨论了类脑计算的研究内容、特点和研究现状.类脑计算不是简单的人脑神经元的模拟和神经元模型的应用,而是对人脑的信息处理规律、复杂的工作模式及思维、学习、推理、决策本质性机理的深层次模拟.脉冲神经网络比传统神经网络具有更好的生物似真性,并能同时融入时、空信息,更适用于受人类推理、判断、决策等思维过程启发的类脑计算.因此,介绍了脉冲神经网络的特点、脉冲神经元模型、脉冲编码,以及脉冲神经网络在模式识别等领域中的应用,并对基于脉冲神经网络的类脑计算方法和神经形态芯片的研究现状及未来的发展进行了讨论.基于脉冲神经网络的类脑计算会对未来的生活、经济发展产生深远影响. 展开更多

关键词 脉冲神经网络 类脑计算 神经形态芯片 神经元模型 脉冲编码 时空信息

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面向类脑计算的氧化物忆阻器 被引量：3

11

作者 诸葛霞 朱仁祥 +2 位作者 王建民 王敬蕊 诸葛飞 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1149-1162,共14页

类脑神经形态计算通过电子或光子器件集成来模拟人脑结构和功能。人工突触是类脑系统中数量最多的计算单元。忆阻器可模拟突触功能,并具有优异的尺寸缩放性和低能耗,是实现人工突触的理想元器件。利用欧姆定律和基尔霍夫定律,忆阻器交... 类脑神经形态计算通过电子或光子器件集成来模拟人脑结构和功能。人工突触是类脑系统中数量最多的计算单元。忆阻器可模拟突触功能,并具有优异的尺寸缩放性和低能耗,是实现人工突触的理想元器件。利用欧姆定律和基尔霍夫定律,忆阻器交叉阵列可执行并行的原位乘累加运算,从而大幅提升类脑系统处理模拟信号的速度。氧化物制备容易,和CMOS工艺兼容性强,是使用最广泛的忆阻器材料。本文梳理了氧化物忆阻器的研究进展,分别讨论了电控、光电混合调控和全光控忆阻器,主要聚焦阻变机理、器件结构和性能。电控忆阻器工作一般会产生微结构变化和焦耳热,将严重影响器件稳定性,改进器件结构和材料成分可有效改善器件性能。利用光信号调控忆阻器电导,不仅能降低能耗,而且可避免产生微结构变化和焦耳热,从而有望解决稳定性难题。此外,光控忆阻器能直接感受光刺激,单器件即可实现感/存/算功能,可用于研发新型视觉传感器。因此,全光控忆阻器的实现为忆阻器的研究和应用打开了一扇新窗口。 展开更多

关键词 氧化物忆阻器 光电器件 人工突触 类脑神经形态计算 综述

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校准方法和存内训练相结合的忆阻器神经形态计算方法 被引量：1

12

作者 杜湘瑜 彭杰 刘海军 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期202-206,共5页

基于忆阻器的神经形态计算架构在图像分类、语音识别等领域取得了较好的效果,但当忆阻器阵列存在低良率问题时,其性能会出现明显下降。提出一种基于忆阻器神经形态计算的校准方法和原位训练相结合的算法,利用校准方法提高乘累加计算的... 基于忆阻器的神经形态计算架构在图像分类、语音识别等领域取得了较好的效果,但当忆阻器阵列存在低良率问题时,其性能会出现明显下降。提出一种基于忆阻器神经形态计算的校准方法和原位训练相结合的算法,利用校准方法提高乘累加计算的准确率,并利用原位训练方法降低训练误差。为了验证所提方法的性能,采用多层感知器架构进行仿真。从仿真结果来看,神经网络的精度有明显的提高(近40%)。实验结果表明,与单纯的校准方法相比,采用所提方法训练的网络精度提高了约30%,与其他主流的方法相比,所提方法训练的网络精度提高了0.29%。 展开更多

关键词 忆阻器 神经形态计算 原位训练 校准方法

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光神经形态计算研究进展与展望(特邀) 被引量：9

13

作者 项水英 宋紫薇 +4 位作者 高爽 韩亚楠 张雅慧 郭星星 郝跃 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期30-46,共17页

脑科学与类脑研究是国际必争战略性前沿。人工智能与深度学习的飞速发展对算力提出了迫切需求。而传统的冯诺依曼架构,由于存算分离导致功耗墙和内存墙,摩尔定律也逐渐放缓。光神经拟态计算充分融合高速光通信、光互连、光集成、硅基光... 脑科学与类脑研究是国际必争战略性前沿。人工智能与深度学习的飞速发展对算力提出了迫切需求。而传统的冯诺依曼架构,由于存算分离导致功耗墙和内存墙,摩尔定律也逐渐放缓。光神经拟态计算充分融合高速光通信、光互连、光集成、硅基光电子与神经拟态计算的特点,具有超高速、大带宽、多维度等优势,在高性能计算、人工智能领域有广阔的应用前景,是突破后摩尔时代传统微电子计算极限极具竞争力的方案。本文回顾了国内外主要研究团队在光神经元、光突触、光神经网络的理论、算法及器件方面的工作,并提出了展望。 展开更多

关键词 光神经形态计算 神经元 突触 突触可塑性 光神经网络

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神经形态器件的特性与发展 被引量：2

14

作者 曹震 张浴轩 +5 位作者 李灵蕾 郭璋 孙琦 曹荣荣 侯彪 焦李成 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期3619-3642,共24页

随着大数据时代的到来和人类对人脑系统研究的日渐深入,类脑计算领域的研究取得突破性进展,有希望在根源上打破传统计算机的性能瓶颈.神经突触是对人体脑部进行记忆能力训练和处理数据的重要基础单元,因此开发新材料、新结构,研究基于... 随着大数据时代的到来和人类对人脑系统研究的日渐深入,类脑计算领域的研究取得突破性进展,有希望在根源上打破传统计算机的性能瓶颈.神经突触是对人体脑部进行记忆能力训练和处理数据的重要基础单元,因此开发新材料、新结构,研究基于新型人造材料与光电子器件的神经突触可塑性,对神经形态器件研究和类脑硬件设计的实现都有着重要意义.本文首先指出目前“冯·诺依曼架构”的主要性能瓶颈,引出类脑计算的概念,提出神经形态器件的主要性能优势,并梳理神经形态器件发展历史;然后在忆阻器领域,阐述与分析忆阻类型、忆阻结构与忆阻机理,比较出几种忆阻器的特性,举例说明忆阻器在不同领域的应用;接着以神经形态器件为基础,选取磁性隧道结、新型浮栅管和铁电晶体管,介绍其结构、工作原理与应用;最后总结目前神经形态器件发展的成果和方向,并对行业发展前景进行预测. 展开更多

关键词 类脑计算 神经形态器件 忆阻器 磁性隧道结 人造突触

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脉冲神经网络研究现状与应用进展 被引量：4

15

作者 刘浩 柴洪峰 +2 位作者 孙权 云昕 李鑫 《中国工程科学》 CSCD 北大核心 2023年第6期61-79,共19页

脉冲神经网络(SNN)是更具生物可解释性的新一代人工神经网络,具有独特的信息编码处理方式、丰富的时空动力学特性、低功耗事件驱动工作模式等优势,近年来受到广泛关注并在医疗健康、工业检测、智能驾驶等方向获得探索性应用。本文介绍了... 脉冲神经网络(SNN)是更具生物可解释性的新一代人工神经网络,具有独特的信息编码处理方式、丰富的时空动力学特性、低功耗事件驱动工作模式等优势,近年来受到广泛关注并在医疗健康、工业检测、智能驾驶等方向获得探索性应用。本文介绍了SNN的基本要素和学习算法,包括经典的神经元模型、突触可塑性机制、常用的信息编码方式,分析了各类学习算法的优缺点,总结了主流的SNN软件模拟器、脉冲神经形态硬件的研究情况;细致梳理了SNN在计算机视觉、自然语言处理、推理决策等方面的研究以及行业应用场景,发现SNN在目标检测、动作识别、语义认知、语音识别等任务中具有突出的潜力,显著提升了相应的计算性能。我国在SNN领域的研究与应用发展,重在加强关键核心技术攻关、推动技术成果转化应用、持续优化产业生态格局,以尽快实现与国际先进水平的接轨;类脑复杂系统、类脑控制等理论与方法的深入研究和逐步突破,也将促进大规模SNN新模型的构建,有望拓展人工智能的更广阔应用前景。 展开更多

关键词 脉冲神经网络 类脑计算 学习算法 神经形态芯片 应用场景

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柔性人工突触:面向智能人机交互界面和高效率神经网络计算的基础器件 被引量：8

16

作者 陆骐峰 孙富钦 +1 位作者 王子豪 张珽 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期22-49,共28页

人工智能技术的发展为人机交互、感知系统、机器人及假肢的控制等带来了革命性变化,同时对复杂数据的处理和人机交互界面提出了新的要求。不同于目前基于软件系统和冯·诺依曼构架实现的神经网络,人脑运算方式具有高效率和低功耗的... 人工智能技术的发展为人机交互、感知系统、机器人及假肢的控制等带来了革命性变化,同时对复杂数据的处理和人机交互界面提出了新的要求。不同于目前基于软件系统和冯·诺依曼构架实现的神经网络,人脑运算方式具有高效率和低功耗的特点。因此,在硬件层面上模拟人脑的神经拟态器件,对构建新的运算系统具有重要意义。此外,神经拟态器件能够将传感器数字信号转变成类神经模拟信号,有望实现与生物神经信号的兼容,构建智能、高效的人机交互界面。因此,神经形态器件受到了广泛研究,其相关材料、制备工艺和器件结构不断得到优化,例如基于晶体管和忆阻器的柔性仿生人工突触器件均实现了视觉信息处理、运动识别、类脑神经记忆等功能。目前,虽然随着研究的不断深入,仿生人工突触器件的工作原理得到了一定解释,但深入的机理仍有待挖掘:(1)针对生物个体间的差异,以及同一个体不同感知系统的差异,需要对人工突触器件突触后信号进行调控,以获得与生物神经信号更好的兼容性;(2)生物突触的树突结构,能够搜集、整合和调制时间和空间的信号,模拟树突的信号整合机制,将有助于改善多栅极人工突触晶体管的设计方案,实现对人工突触器件信号整合功能的调控;(3)目前多数研究是基于硬质衬底上的器件设计,对于在柔性衬底上的形变-异质界面-器件电子学性能的规律还有待研究,需要对应力应变下柔性人工突触器件的稳定性与失效机制进行探究。本文归纳了柔性仿生人工突触器件的最新研究进展,分别从器件结构、材料选择、工作机理等角度进行介绍,分析了人工突触器件面临的问题和潜在应用领域。本综述期望为柔性人工突触的设计、制备和应用提供一定参考。 展开更多

关键词 人工突触 柔性电子 晶体管 忆阻器 人机交互 神经网络计算

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本征可拉伸阈值型忆阻器及其神经元仿生特性 被引量：1

17

作者 田雨 朱小健 +3 位作者 孙翠 叶晓羽 刘慧媛 李润伟 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期413-420,共8页

研制具有生物神经元信息功能的柔性电子器件对于发展智能穿戴技术具有重要意义。传统阈值型忆阻器可模仿神经元信息整合功能,但因缺乏本征柔韧性,难以满足应用需求。本工作制备了一种基于本征可拉伸阈值型忆阻器的柔性人工神经元,它由... 研制具有生物神经元信息功能的柔性电子器件对于发展智能穿戴技术具有重要意义。传统阈值型忆阻器可模仿神经元信息整合功能,但因缺乏本征柔韧性,难以满足应用需求。本工作制备了一种基于本征可拉伸阈值型忆阻器的柔性人工神经元,它由银纳米线–聚氨酯复合介质薄膜和液态金属电极构成。在外加电压下,器件呈现良好的阈值电阻转变特性,这归因于银纳米线间形成非连续银导电细丝的动态通断。该器件可模仿生物神经元的信息整合–发放及脉冲强度和脉冲间隔调制的尖峰放电功能。在20%拉伸应变下,器件工作参数基本保持稳定,性能未发生明显退化。本工作为发展可拉伸柔性人工神经元及下一代智能穿戴设备提供重要材料和技术参考。 展开更多

关键词 神经形态计算 忆阻器 阈值开关 可拉伸 人工神经元

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基于电化学金属化机制的电子突触电导可控性研究进展 被引量：1

18

作者 郭家玮 李文豪 +6 位作者 郑俊杰 廖逸韬 申奕伟 赵建铖 王堃 吴朝兴 郭太良 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第8期699-709,共11页

随着数据信息的爆炸性增长和微电子加工工艺逼近物理极限,互补金属氧化物半导体(CMOS)器件难以应用于大规模神经形态器件的构建。采用非CMOS器件实现突触可塑性模拟被认为是后摩尔时代构造人工神经网络的关键。在众多的非CMOS器件中,忆... 随着数据信息的爆炸性增长和微电子加工工艺逼近物理极限,互补金属氧化物半导体(CMOS)器件难以应用于大规模神经形态器件的构建。采用非CMOS器件实现突触可塑性模拟被认为是后摩尔时代构造人工神经网络的关键。在众多的非CMOS器件中,忆阻器具有电导可调、结构简单等优点,被认为是再现神经突触功能、实现计算存储一体化的基础元件。在众多类型的忆阻器中,基于电化学金属化机制(ECM)的忆阻器具有机理明确、可超高密度集成、对材料属性不敏感等优点,特别适合应用于电子突触的构建。但ECM电子突触存在着电导可控性不足的问题,制约着高性能神经形态器件的实现。国内外研究人员针对ECM电子突触的电导可控性展开了大量研究。本综述从器件结构和材料角度梳理了ECM电子突触电导可控性的优化方法。 展开更多

关键词 忆阻器 电子突触 电化学金属化机制 电导可控性 类脑神经应用

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基于忆阻器的多模式识别CNN电路设计 被引量：1

19

作者 陈鑫辉 王宇轩 +2 位作者 张跃军 刘钢 刘子坚 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2022年第10期75-79,85,共6页

现有的类脑计算电路存在的识别对象单一、识别率低等问题,限制了类脑芯片的发展。该文结合器件量子电导及存算一体架构,提出一种基于忆阻器的多模式识别CNN电路设计方案。该方案首先构建具有多阻态、高精度、可重构的忆阻器模型;然后采... 现有的类脑计算电路存在的识别对象单一、识别率低等问题,限制了类脑芯片的发展。该文结合器件量子电导及存算一体架构,提出一种基于忆阻器的多模式识别CNN电路设计方案。该方案首先构建具有多阻态、高精度、可重构的忆阻器模型;然后采用CNN架构与权重量化方法,提高电路的训练速度与识别率;最后,在交叉阵列结构中进行电导映射,完成MNIST、Fashion-MNIST和EMNIST等多种模式测试。实验结果表明所设计忆阻器具有50个稳定阻态以及LTP突触可塑性;CNN硬件电路的多模式识别率均为90%以上,尤其是MNIST识别率高达99.08%,并验证了高斯噪声下电路的抗干扰能力。 展开更多

关键词 超越冯诺依曼架构 神经形态计算 忆阻器 突触可塑性

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类脑神经网络与神经形态器件及其电路综述 被引量：4

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作者 邓亚彬 王志伟 +5 位作者 赵晨晖 李琳 贺珊 李秋红 帅建伟 郭东辉 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2021年第8期2241-2250,共10页

为了系统地了解类脑神经网络电路,在对类脑神经网络进行简要介绍的基础之上,重点阐述两种类别的神经形态器件及功能,包括不同类型的浮栅管和不同工艺材料的忆阻器来模拟单个神经元和突触可塑性功能;然后,以神经形态器件为基础,分别介绍... 为了系统地了解类脑神经网络电路,在对类脑神经网络进行简要介绍的基础之上,重点阐述两种类别的神经形态器件及功能,包括不同类型的浮栅管和不同工艺材料的忆阻器来模拟单个神经元和突触可塑性功能;然后,以神经形态器件为基础,分别介绍了基于浮栅管和忆阻器实现神经网络电路;最后总结当前神经形态器件及类脑神经网络芯片存在的问题,并对有关类脑计算研究方向进行了展望。 展开更多

关键词 类脑计算 类脑神经网络 神经形态器件 神经网络电路

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