用于构建人工神经网络的纯电子型忆阻器突触阵列研究

基本信息
批准号:61674156
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:诸葛飞
学科分类:
依托单位:中国科学院宁波材料技术与工程研究所
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李康,李俊,魏菁,竺臻楠,胡令祥,潘若冰
关键词:
电子仿生器件电致阻变效应忆阻器
结项摘要

The artificial neural network-based neurocomputer, working like a human brain, provides the possibility of hardware implementation of artificial intelligence as well as a high speed operation capability. Synaptic devices are the most important components in artificial neural networks. By using memristors as artificial synapses, artificial neural networks will possess ultra-high density and ultra-low energy consumption comparable to that of the human brain. Therefore, it is extremely important to find out synaptic devices with stable and robust performance followed by constructing high density synaptic arrays. This project aims to find out purely electronic memristive synaptic devices with independent intellectual property rights, stable performance and high degree of nonlinearity, whose memristive behavior comes from an electron trapping/detrapping of the trap sites in films and interfaces. Compared to memristive synaptic devices based on ion migration, such purely electronic ones are expected to exhibit more stable and robust performance since no microstructural change occurs. Next, crosstalk-free crossbar structured synaptic arrays with high density and low energy consumption will be constructed. Finally, a simple artificial neural network, i.e. single-layer perceptron, will be built to test the performance of as-constructed synaptic arrays including effectiveness, stability and reliability by simple pattern recognition. In addition, the effects of the resistance and degree of nonlinearity of single synaptic devices and electrode size and space on the density, stability and degree of accuracy of arrays will be investigated.

基于人工神经网络的神经计算机,工作原理与人脑类似,除了速度快,更重要的是为人工智能的发展提供了可能的硬件条件。人工神经网络中,突触起着至关重要的作用。如果采用忆阻器作为人工突触,那么神经网络无论在超高集成度还是在超低能耗方面,都有望和人脑媲美。目前,找到性能稳定可靠的突触器件,构建高密度突触阵列,是该领域研究的重中之重。本项目旨在找到拥有自主知识产权、性能稳定、电学行为高度非线性的纯电子型忆阻器突触,其忆阻效应来源于电子在介质层或界面缺陷处的俘获/释放,不涉及到器件微结构变化,因此,与离子迁移型器件相比,有望表现出更加稳定、可靠的工作性能。在此基础上,构建高密度、低能耗、无串扰的交叉矩阵结构突触阵列。最后,搭建单层感知器神经网络,通过简单图像识别,测试突触阵列的有效性、稳定性和可靠性。研究单个突触器件电阻范围和非线性度等参数、电极尺寸和间距等因素对阵列集成度、工作稳定性和精确度的影响规律。

项目摘要

脑启发的神经形态计算机为人工智能的进一步发展提供了可能的硬件条件。神经形态计算机中,人工突触起着至关重要的作用。忆阻器是一种两端无源器件,结构简单,如果采用忆阻器作为人工突触,那么神经网络无论在超高集成度还是在超低能耗方面,都有望和人脑媲美。目前,找到性能稳定可靠的人工突触器件,实现高密度突触阵列,是神经形态计算领域的研究重心。通过本项目研究,找到了具有自主知识产权、性能稳定、高度非线性的电控和全光控氧化物纯电子型忆阻器突触器件。获得了低能耗、无串扰的交叉矩阵结构氧化物突触阵列。模拟了阵列的图像处理功能。一定程度理解了器件参数、电极参数等因素对突触阵列综合性能的影响规律。本项目研究结果为神经形态计算机的构建提供了重要的器件基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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