检索结果-内蒙古大学图书馆

软件学报 2025年第4期36卷 1758-1795页

作者：俞诗航易梦军吴洲申富饶赵健计算机软件新技术国家重点实验室(南京大学) 江苏南京210023 南京大学计算机学院江苏南京210023 南京大学人工智能学院江苏南京210023 南京大学电子科学与工程学院江苏南京210023

受生物神经系统启发,神经形态计算的概念于20世纪80年代被提出,旨在模拟生物大脑的结构和功能,实现更高效、更具生物合理性的计算方式.作为神经形态计算的代表模型,脉冲神经网络(SNN)因其脉冲稀疏性,事件驱动性、生物可解释性以及硬件... 详细信息

受生物神经系统启发,神经形态计算的概念于20世纪80年代被提出,旨在模拟生物大脑的结构和功能,实现更高效、更具生物合理性的计算方式.作为神经形态计算的代表模型,脉冲神经网络(SNN)因其脉冲稀疏性,事件驱动性、生物可解释性以及硬件契合性等优势,在资源严格受限的边缘智能任务中得到了广泛应用.针对脉冲神经网络的边缘部署情况进行梳理和汇总,首先从脉冲神经网络模型自身的原理出发,论述脉冲神经网络的高能效计算方式以及巨大的边缘部署潜力.然后介绍当下常见的脉冲神经网络硬件实现工具链,并重点对脉冲神经网络在各类神经形态硬件平台的部署情况做详细的整理与分析.最后,考虑到硬件故障行为已发展为当下研究中不可避免的问题,对脉冲神经网络边缘部署时的故障与容错研究进行概述.从软件模型原理到硬件平台实现,全面系统地介绍神经形态计算的最新进展,分析脉冲神经网络边缘部署时遇到的困难与挑战,并针对这些挑战给出未来可能的解决方向.

关键词：神经网络脉冲神经网络神经形态计算边缘智能

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面向存储和神经形态计算应用的CBRAM发展综述

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材料导报 2025年

作者：杨瀚刘国柱魏轶聃赵伟魏应强周颖隋志远刘美杰尤兴宇魏敬和中国电子科技集团公司第五十八研究所集成电路与微系统全国重点实验室空天集成电路与微系统工信部重点实验室

CBRAM(Conductive Bridge Random Access Memory)作为一种新兴的非易失性存储器技术，近年来在半导体存储领域引起了广泛关注。随着物联网（IoT）、可穿戴设备、移动计算等应用的快速发展，对存储器的性能、功耗、尺寸和成本提出了更高... 详细信息

CBRAM(Conductive Bridge Random Access Memory)作为一种新兴的非易失性存储器技术，近年来在半导体存储领域引起了广泛关注。随着物联网（IoT）、可穿戴设备、移动计算等应用的快速发展，对存储器的性能、功耗、尺寸和成本提出了更高的要求，CBRAM等新一代存储器技术应运而生。本文阐述了CBRAM的基本概念与基本结构；详细分析了不同介质层中导电细丝形成机理；对比了不同电极材料和介质层材料制备的器件的电学性能差异；介绍了CBRAM在存储器及神经形态计算领域的应用；总结了忆阻器面临的挑战并对未来的进一步发展提供了建议。

关键词：导电桥式随机存储器(CBRAM) 阻变机制介质层材料电极材料存储器神经形态计算

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自旋类脑神经形态计算

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四川师范大学学报（自然科学版） 2025年第2期48卷 176-191页

作者：张帅陈丽娜刘荣华南京大学物理学院江苏省纳米技术重点实验室江苏南京210023 南京邮电大学理学院江苏南京210023

类脑计算旨在模拟和实现大脑的信息处理和学习能力,以解决复杂的计算问题,其关键思想之一是模拟生物神经元和突触行为来实现信息传输、处理和存储.自旋电子学器件的非易失性、高速低功耗、几乎无限的耐用性及固有非线性等特点,使其在类... 详细信息

类脑计算旨在模拟和实现大脑的信息处理和学习能力,以解决复杂的计算问题,其关键思想之一是模拟生物神经元和突触行为来实现信息传输、处理和存储.自旋电子学器件的非易失性、高速低功耗、几乎无限的耐用性及固有非线性等特点,使其在类脑计算上已有广泛尝试和出色表现.基于对自旋电子学中的各类磁电阻效应、自旋转移力矩和自旋轨道力矩效应、电压调控磁各向异性效应以及磁化动力学的非线性效应进行介绍和总结,以各类自旋器件在储备池计算、伊辛机、脉冲神经网络以及真随机数生成器上的应用为实例,展望自旋类脑神经形态计算硬件在未来人工智能芯片领域的发展前景与趋势.

关键词：自旋电子学神经网络神经形态计算类脑人工智能芯片

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高均一性二维碲化钼忆阻器阵列及其神经形态计算应用

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无机材料学报 2022年第7期37卷 795-801,I0004-I0008页

作者：何慧凯杨蕊夏剑王廷泽董德泉缪向水中国电子科技南湖研究院嘉兴314002 湖北江城实验室武汉430205 华中科技大学光学与电子信息学院武汉光电国家实验室武汉430074 华中科技大学材料科学与工程学院材料加工与模具技术国家重点实验室武汉430074

二维过渡金属硫化合物是构建纳米电子器件的理想材料,基于该材料体系开发用于信息存储和神经形态计算的忆阻器,受到了学术界的广泛关注。受制于低成品率和低均一性问题,二维过渡金属硫化合物忆阻器阵列鲜见报道。本研究采用化学气相沉... 详细信息

二维过渡金属硫化合物是构建纳米电子器件的理想材料,基于该材料体系开发用于信息存储和神经形态计算的忆阻器,受到了学术界的广泛关注。受制于低成品率和低均一性问题,二维过渡金属硫化合物忆阻器阵列鲜见报道。本研究采用化学气相沉积得到厘米级二维碲化钼薄膜,并通过湿法转移和剥离工艺制备得到碲化钼忆阻器件。该碲化钼器件表现出优异的保持性(保持时间>500 s)、快速的阻变(SET时间~60 ns,RESET时间~280 ns)和较好的循环寿命(阻变2000圈后仍可正常工作)。该器件具有高成品率(96%)、低阻变循环间差异性(SET过程为6.6%,RESET过程为5.2%)和低器件间差异性(SET过程为19.9%,RESET过程为15.6%)。本工作成功制备出基于MoTe_(2)的3×3忆阻器阵列。在此基础上,将研制的MoTe_(2)器件用于手写体识别,实现了91.3%的识别率。最后,通过对MoTe_(2)器件高低阻态的电子输运机制进行拟合分析,揭示了该器件阻变源于类金属导电细丝的通断过程。本项工作表明大尺寸二维过渡金属硫化合物在未来神经形态计算中具有巨大的应用潜力。

关键词：二维材料碲化钼忆阻器阵列神经形态计算

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用于神经形态计算的CsPbBr_(3)钙钛矿忆阻器性能研究

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科学通报 2021年第33期66卷 4326-4333页

作者：倪梓全郑悦婷胡海龙郭太良李福山福州大学物理与信息工程学院福州350116

忆阻器可以模拟生物突触行为而实现低功耗、并行计算、集成度高的神经形态计算,因此已经引起广泛关注.本文报道了一种基于溶液法制备的铯铅溴(CsPbBr_(3))钙钛矿忆阻器,以包裹在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的CsPbBr_(3)为功能层的忆阻器表现... 详细信息

忆阻器可以模拟生物突触行为而实现低功耗、并行计算、集成度高的神经形态计算,因此已经引起广泛关注.本文报道了一种基于溶液法制备的铯铅溴(CsPbBr_(3))钙钛矿忆阻器,以包裹在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的CsPbBr_(3)为功能层的忆阻器表现出优异的空气稳定性,同时成功模拟了生物突触行为,包括突触可塑性(synaptic plasticity)、长时程增强(long-term potentiation, LTP)和短时程增强(short-term potentiation, STP)、幅度依赖可塑性、双脉冲易化(paired-pulse facilitation, PPF)、短期记忆和长期记忆以及两者的转变.本研究展示的制备简单、成本低、稳定性好的钙钛矿人工突触,为未来神经形态计算的应用提供了新的可能性.

关键词：铯铅溴钙钛矿忆阻器神经形态计算人工突触

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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

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国防科技大学学报 2023年第5期45卷 202-206页

作者：杜湘瑜彭杰刘海军国防科技大学电子科学学院湖南长沙410073

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... 详细信息

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%。

关键词：忆阻器神经形态计算原位训练校准方法

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基于3D-NAND的神经形态计算

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物理学报 2022年第21期71卷 61-83页

作者：陈阳洋何毓辉缪向水杨道虹华中科技大学博士后流动站武汉430074 武汉新芯集成电路制造有限公司博士后工作站武汉430205 江城实验室武汉430205 华中科技大学集成电路学院武汉430074

神经形态芯片是一种新兴的AI芯片.神经形态芯片基于非冯·诺依曼架构,模拟人脑的结构和工作方式,相比冯·诺依曼架构的AI芯片,神经形态芯片在效率和能耗上有显著的优势.3D-NAND闪存工艺成熟并且存储密度极高,基于3D-NAND的神经... 详细信息

神经形态芯片是一种新兴的AI芯片.神经形态芯片基于非冯·诺依曼架构,模拟人脑的结构和工作方式,相比冯·诺依曼架构的AI芯片,神经形态芯片在效率和能耗上有显著的优势.3D-NAND闪存工艺成熟并且存储密度极高,基于3D-NAND的神经形态芯片受到许多研究者的关注.然而由于该技术的专利性质,少有基于3D-NAND神经形态计算的硬件实现.本文综述了用3D-NAND实现神经形态计算的工作,介绍了其中前向传播和反向传播的机制,并提出了目前3D NAND在器件、结构和架构上需要的改进以适用于未来的神经形态计算.

关键词：神经形态计算 3D-NAND 存算一体架构

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基于相变材料的光子神经形态计算技术综述

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激光与光电子学进展 2023年第21期60卷 101-116页

作者：王金融宋兵徐晖张亨宇孙振源李清江国防科技大学电子科学学院湖南长沙410073

当前物联网、云计算等产生的海量非结构化数据,极大提高了对数据处理算力和能效的需求。神经形态计算借鉴生物大脑的信息处理方式,以神经元与神经突触为基本单元,从互联架构与信息处理模式等方面模拟生物神经系统,能够实现实时、超低功... 详细信息

当前物联网、云计算等产生的海量非结构化数据,极大提高了对数据处理算力和能效的需求。神经形态计算借鉴生物大脑的信息处理方式,以神经元与神经突触为基本单元,从互联架构与信息处理模式等方面模拟生物神经系统,能够实现实时、超低功耗信息处理,成为大数据时代计算技术发展的前沿热点。其中,光子神经形态计算技术是在光域上进行神经形态计算数据处理的技术,既能够充分发挥光子高速传输、低功耗、高并行度的优势,又能够避免光电和电光转换带来的额外时间功耗开销,具有很大的研究和应用价值。近年来,相变材料作为一种具有高折射率对比度和非易失特性的光学材料,可在光、电、热等激励作用下进行折射率的连续调节,为非易失光子神经形态计算提供了一种可行的解决方案,成为当前的研究热点。本文首先介绍了光子神经形态计算的基本原理和实现方法,在此基础上讨论了相变材料用于光子神经形态计算的原理。其次,针对不同类型的实现途径,研究了不同相变材料的特点和选型办法,综合分析了当前应用较多的两类相变材料以及各类光突触器件和阵列集成应用。最后对基于相变材料的光子神经形态计算技术的发展进行了展望。

关键词：材料相变材料神经形态计算光神经网络

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神经形态计算中的忆阻器电子突触研究

神经形态计算中的忆阻器电子突触研究

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作者：孙毅国防科技大学

学位级别：硕士

人类社会正处于信息化向智能化的转变,传统计算系统架构和半导体工艺已经不足以应对计算数据的爆炸性增长。采用新材料、新器件、新架构的神经形态计算系统是当前的研究热点,忆阻器作为电子突触实现大规模、低功耗硬件神经形态计算系统... 详细信息

人类社会正处于信息化向智能化的转变,传统计算系统架构和半导体工艺已经不足以应对计算数据的爆炸性增长。采用新材料、新器件、新架构的神经形态计算系统是当前的研究热点,忆阻器作为电子突触实现大规模、低功耗硬件神经形态计算系统是突破传统计算机构限制、提高计算性能的重要方式。忆阻器具有结构简单、功耗低、可微缩性好等优点,并且其阻值可以进行连续转变,与人脑神经网络中突触的特性非常相似,是理想的电子突触器件。本文针对忆阻器电子突触器件开展研究,旨在制备突触性能优良的电子突触器件,促进神经形态计算系统的硬件实现。论文的主要工作如下:第二章为文献综述,对忆阻器电子突触的研究现状进行了总结。2.1节介绍了忆阻器的基本特性,包括阻变特性、电学操作、材料体系和阻变机理等。2.2节介绍忆阻器作为电子突触的研究现状。首先介绍了生物神经系统中突触的可塑性,然后综述了采用忆阻器模拟生物突触特性的研究现状,并分析目前研究中存在的问题,引出本课题的研究内容。第三章设计制备了一种高灵敏度的阳离子基忆阻器电子突触器件。3.1节主要介绍了电子突触的设计方案,根据仿生神经形态系统的应用特点提出器件高灵敏度的设计目标,然后围绕设计目标结合材料的特性进行器件的材料遴选和结构设计。3.2节为器件制备,对不同制备工艺的特点进行分析和选择,并且介绍器件制备流程,最后对制备完成的器件进行结构表征。3.3节主要是对制备完成的阳离子基突触器件进行性能测试表征。实验结果表明,本章研究的Ag/GeSe/TiN阳离子基忆阻器电子突触,有效降低了突触器件的操作电压,对降低突触器件功耗、提高与神经元电路的兼容能力具有重要意义。第四章设计制备了一种阻态连续可变的氧空位型忆阻器电子突触器件。4.1节主要介绍了器件的研究方案,针对MLP神经系统的应用场景提出器件阻值精确调控和长时程保持能力的设计目标,然后结合材料性能以及不同材料间接触面特性进行器件材料选择和结构设计。4.2节对制备工艺进行分析,并且介绍了器件制备流程,以及器件制备完成后的结构表征。4.3节主要是对制备完成的器件进行性能的测试表征。实验结果表明,本章研究的Ti/AlOx/TaOx/Pt结构的氧空位型忆阻器电子突触,有效提高了突触权值的连续调制能力和精确调控性能,对提高神经形态系统的计算精度、实现更复杂的计算功能具有重要意义。

关键词：神经形态计算突触可塑性阳离子基忆阻器氧空位型忆阻器电子突触

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基于忆阻器件的神经形态计算电路与系统研究

基于忆阻器件的神经形态计算电路与系统研究

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作者：卢吉凯中国科学技术大学

学位级别：博士

随着第四次信息革命的推进,大数据、物联网、人工智能等应用快速兴起,如何高效存储、传输和处理产生的海量数据成为了当前电子信息领域的重大挑战之一。冯·诺依曼架构是指数据存储与处理分离的计算架构,当前正受限于存储器与处理... 详细信息

随着第四次信息革命的推进,大数据、物联网、人工智能等应用快速兴起,如何高效存储、传输和处理产生的海量数据成为了当前电子信息领域的重大挑战之一。冯·诺依曼架构是指数据存储与处理分离的计算架构,当前正受限于存储器与处理器的性能失配问题,成为了限制处理器性能与效率的瓶颈。同时,摩尔定律正在逐渐失效,依靠器件尺寸微缩来继续提高芯片性能的技术路径出现了功耗和可靠性问题,更加剧了冯·诺依曼瓶颈的恶化,亟需从器件、电路、算法和架构层面寻求突破。神经形态计算借鉴了人脑的组织结构和计算范式,具有强大的计算能力和效率,引起了国内外的广泛关注。忆阻器件具有阻值连续可调的特性,非常适合模拟神经形态计算系统中的突触器件。并且忆阻器同时具有存储和计算的功能,从器件层面实现了神经形态的存算一体特性,被认为是实现低功耗、高密度神经形态计算平台的理想硬件单元。然而,当前基于忆阻器突触的神经形态计算还处在初级研究阶段,仍存在诸多问题和挑战。本论文针对忆阻器件的突触特性、在线学习功能实现及大规模神经形态系统集成方案展开了研究,并取得了如下创新成果:(1)开展了基于离子晶体管突触器件的脉冲神经网络研究。首先,我们提出了用于模拟异质突触可塑性的1T1E突触单元结构,并验证了 1T1E突触的STDP和anti-STDP特性。之后,基于1T1E突触构建了监督学习脉冲神经网络系统,并实验证明了网络的在线学习能力。我们将提出的监督学习网络与神经形态传感器结合,成功应用于时空信息处理任务。最后,通过实验分析说明具有良好突触特性的1T1E突触是构建在线训练SNN的优良突触器件。(2)研究了基于RRAM突触阵列的神经形态在线学习计算核心。突触部分采用规模为256×64的2T2R模拟权值突触,可结合外围读电路和时分复用LIF数字神经元电路实现前向计算功能。通过可配置的RRAM写电路可实时调整突触权重,实现精确时间脉冲序列的记忆和识别功能。最后,我们基于该设计演示了相位编码图像识别处理任务,并基于RRAM阵列测试板卡实验验证了网络在线学习的过程。该结果为发展具有自适应功能的神经形态技术提供了一条可行方案。(3)研究了基于RRAM突触阵列的多核心自适应SNN架构。硬件实现上,采用了三值的4T2R突触结构、硬件友好的复用型积分发放数字神经元及时间编码学习电路。这种器件、算法和电路层面上的协同设计有效减轻了器件非理想特性带来的负面影响,并且提升了网络推理和训练的计算效率。架构上,采用层级路由多核心设计,支持路由多播、部分和扩展及片间互联,在提高神经元连接效率的同时保证了架构的扩展性和灵活性。我们为本设计开发了硬件仿真模型,集成了性能分析工具,并在此模型基础上研究了网络计算模式、映射方法、架构性能和应用验证。最后,我们基于RRAM阵列测试板卡对时间编码的SNN进行了训练和推理的功能验证。以上结果从理论和实验角度证明了该设计具有应用于低功耗自适应智能边缘计算设备的潜力。

关键词：神经形态计算存算一体离子晶体管忆阻器突触可塑性脉冲神经网络加速器

来源：评论

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