基于硫系化合物的类神经元突触的认知存储器件研究

基本信息
批准号:61376130
项目类别:面上项目
资助金额:90.00
负责人:缪向水
学科分类:
依托单位:华中科技大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘群,缪天鹏,李祎,钟应鹏,许磊,张金箭,徐小华
关键词:
神经元电触发记忆固化认知存储器件突触可塑性硫系化合物
结项摘要

Neuromorphic devices and systems have been built to emulate the synaptic dynamics and neural interactions in order to break the Von Neumann bottleneck, which refers to the severely constrained computation efficiencydue to the limited data transfer rate in bus between the CPU and the memory .Assuredly, the human brain that contains ~10E11 neurons and ~10E15 syanpses is the most powerful and maturest non-Von Neumann processor, as the data storage and processing are combined together rather than be devided to the separatememory and the CPU. Neurobiological cognitve process, in essence, is a macroscopic behavior based on the micro-dynamics of neurons and synapses. When the electronic signals transfer from pre-synaptic neuron to the post-synaptic neuron ,the synapse evaluates the incoming signal by contrasting with the previous state and the synaptic weight. Then a processed signal reaches thepost-synaptic neuronalong the dendrite. Meanwhile, the data computation has taken place during the signal transfer. The short-term memory changes the synaptic weight, and long-term memory is structurally encoded in the new induced spine. The synaptic interactions between different neurons creat a complicate net work association. The activities of the association ,such as long-term potentiation(LTP), long-term depression(LTD) and spiking-timing dependent plasticity(STDP) are regarded as basic rules for learning, perception, decision ,creation and other cognitive processes in cerebralcortex. The proposed research will investigate a)the amorphous-crystalline threshold phase change behavior based on energy accumulation effect, (b)the memristive characteristic based on space-charge-limited-currentmodel, (c)the resistive switching phenomena based on metal ion conductive filament, through experiments accompany with materials computation.These features are used to mimic a) neuronal threshold spiking , b)LTP、LTD、STDP and other learning rules based on synaptic plasticity, c)memory consolidation and memory decay.We intend to fabricate the brain-inspired cognitive memory devicewith neuronal/synaptic functionsusing magnetron sputtering, photolithography, lift-off and oter nano-fabrication processes.Electrical characterization system will be designed and built to measure the phase change, memristiveand resistive switching characteristics. Finally,brain-inspired cognitive funcitons will be implemented accompany with the data storage functionin one single inorganic nano-device. Results of this research will promote the mergence of material science, information technology, cognitive science and neurobiology, providinga fresh solution to get beyond the Von Neumann architecture and develop the neuromorphic computing.

具有类神经元突触功能的信息存储器件,能够实现信息存储与处理的融合,被视为克服传统计算机架构中冯诺依曼瓶颈的一种有效选择。本项目将研究新型的基于硫系化合物的认知存储器件。拟利用硫系化合物的1)基于能量累积的非晶-多晶阈值相变特性,2)基于空间电荷限制电流模型的忆阻特性,3)基于金属离子导电通道的阻变特性,来模拟实现1)类神经元阈值激发特性,2)长时程增强/抑制及激发时间依赖的突触可塑性等学习记忆法则,3)记忆巩固和衰退等认知功能。并探索认知存储器件的认知功能的多样性,特性的可控性及网络集成的可行性。利用溅射、光刻、剥离等微纳工艺制备认知存储器件,搭建认知存储器表征测试平台,最终在单个无机纳米器件中实现数据存储功能的同时,实现类神经元突触认知功能,为未来大规模认知网络奠定器件基础。本项研究将对新型存储器件及认知器件的发展提供新的学术思路和技术路线。

项目摘要

具有类神经元突触功能的认知存储器件,能够实现信息存储与处理的融合,是下一代非冯·诺依曼计算架构的基础核心器件。本项目重点围绕基于硫系化合物新忆阻材料体系构建的认知存储器件,研究了器件电阻转变特性及其机理、器件模拟突触可塑性的原理和实现方法、器件联想学习功能以及非易失逻辑运算功能。揭示了硫系化合物中电子效应和场致离子迁移的阻变机理,建立了生物突触可塑性与器件电导调制行为之间的映射关系,实现了多类型的突触可塑性学习行为,提出了联想学习电路并实验验证其功能,提出了忆阻非易失逻辑方法并得以验证。本项目的研究成果为后续开发存储与计算融合的类脑神经形态系统奠定了基础。研究成果在Nanoscale、ACS Applied Materials & Interfaces、Advanced Electronic Materials、Applied Physics Letters等高水平SCI期刊发表论文15篇,并多次在国际会议做报告。获授权美国发明专利1项,中国发明专利3项。培养了四名博士生,一名硕士生。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
2

伴有轻度认知障碍的帕金森病~(18)F-FDG PET的统计参数图分析

伴有轻度认知障碍的帕金森病~(18)F-FDG PET的统计参数图分析

DOI:10.3760/cma.j.issn.0376-2491.2018.33.004
发表时间:2018
3

五轴联动机床几何误差一次装卡测量方法

五轴联动机床几何误差一次装卡测量方法

DOI:
发表时间:
4

不同交易收费类型组合的电商平台 双边定价及影响研究

不同交易收费类型组合的电商平台 双边定价及影响研究

DOI:10.13956 /j.ss.1001-8409.2018.07.26
发表时间:2018
5

简化的滤波器查找表与神经网络联合预失真方法

简化的滤波器查找表与神经网络联合预失真方法

DOI:
发表时间:2015

缪向水的其他基金

批准号:61674061
批准年份:2016
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:50871043
批准年份:2008
资助金额:36.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

BTC忆阻突触器件及其类脑学习认知功能研究

批准号:61703246
批准年份:2017
负责人:窦刚
学科分类:F0601
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

纳米碲基硫系化合物的液相合成及其相变存储机理研究

批准号:20901057
批准年份:2009
负责人:张兵
学科分类:B0103
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
3

基于硫系合金薄膜的激光直写超分辨纳米图形与信息存储

批准号:60977004
批准年份:2009
负责人:魏劲松
学科分类:F0501
资助金额:41.00
项目类别:面上项目
4

基于氧化镍薄膜具有类神经突触行为的忆阻器件研究

批准号:61404031
批准年份:2014
负责人:刘振
学科分类:F0408
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目