检索结果-内蒙古大学图书馆

电子与封装 2024年第4期24卷 63-74页

作者：郭文斌汪泽清吴祖恒蔺智挺安徽大学集成电路学院合肥230601 安徽省高性能集成电路工程研究中心合肥230601

忆阻器作为新原理器件,与现有互补金属氧化物半导体(CMOS)器件相比,具有结构简单、集成密度高、微缩性好、操作能耗低、易于三维集成等优点,是实现神经形态计算技术的理想存储器件之一。对近年来忆阻器基神经形态计算技术的研究进展进... 详细信息

忆阻器作为新原理器件,与现有互补金属氧化物半导体(CMOS)器件相比,具有结构简单、集成密度高、微缩性好、操作能耗低、易于三维集成等优点,是实现神经形态计算技术的理想存储器件之一。对近年来忆阻器基神经形态计算技术的研究进展进行综述,包括忆阻器基神经突触和神经元功能实现以及忆阻器基神经形态计算系统研究进展,并对当前忆阻器基神经形态计算技术仍然面临的挑战进行总结,对其前景做了展望。

关键词：忆阻器神经形态计算突触神经元

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基于神经形态计算的新一代感知系统研究进展

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人工智能 2020年第1期 32-35页

作者：赵地肖立中科院计算所中国医学装备协会超声装备技术分会大数据与人工智能专委会

神经形态计算是一种通过构建类似动物大脑结构的计算架构以实现能够模拟神经生物过程的智能系统的新型计算模式,它能极大地提升计算系统的感知与自主学习能力,可以应对当前十分严峻的能耗问题,并有望颠覆现有的数字技术。在进行了长期... 详细信息

神经形态计算是一种通过构建类似动物大脑结构的计算架构以实现能够模拟神经生物过程的智能系统的新型计算模式,它能极大地提升计算系统的感知与自主学习能力,可以应对当前十分严峻的能耗问题,并有望颠覆现有的数字技术。在进行了长期前沿探索后,科研界有关神经形态计算的研发工作在近年取得了快速进步。

关键词：神经形态计算半导体超晶格国家重点实验室感知系统类脑计算

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基于纳米自旋电子器件的神经形态计算

基于纳米自旋电子器件的神经形态计算

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中国物理学会2018年秋季学术会议

作者：刘荣华陈丽娜姜文聪都有为南京大学物理学院南京 210093

纳米自旋电子器件不仅具有低功耗、非易失存储、存储与处理统一等优点，还具有非线性特征，能进行非线性运算和和高的容错能力，在构建人工智能芯片和人工神经网络方面具有潜在应用前景。目前研究表明自旋矩纳米振荡器具有非线性调谐，... 详细信息

纳米自旋电子器件不仅具有低功耗、非易失存储、存储与处理统一等优点，还具有非线性特征，能进行非线性运算和和高的容错能力，在构建人工智能芯片和人工神经网络方面具有潜在应用前景。目前研究表明自旋矩纳米振荡器具有非线性调谐，且其频率、振幅和相位可以通过多物理场(电流、磁场、电场以及温度梯度等)进行可控调节，同时可以有效地通过各种电磁相互作用来进行自旋振荡器之间的自耦和同步，是实现非线性类脑神经形态计算功能的最佳低能耗候选器件之一。我们近期的研究结果发现：自旋矩驱动具有纳米尺度和极低能耗的磁畴壁或斯格明子移动构造磁忆阻器，和自旋矩纳米振荡器能有效地模拟类脑神经元的非线性振荡行为和进行神经形态计算，例如：图像和复杂模拟信号分类和鉴别等人工智能方面的应用。

关键词：自旋流自旋纳米振荡器磁忆阻器神经形态计算

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自旋流纳米磁器件应用于神经形态计算

自旋流纳米磁器件应用于神经形态计算

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2018第三届全国磁性材料与器件大会

作者：刘荣华陈丽娜姜文聪都有为南京大学

在传统纳米自旋电子学器件设计和研究中，一般采取多层磁性薄膜结构的自旋阀或磁隧道结，是利用自旋转移矩效应来实现电流驱动纳米磁器件中自由层的磁矩翻转或高频磁进动等。近几年，在强自旋轨道耦合材料或异质结中发现强自旋轨道耦合... 详细信息

在传统纳米自旋电子学器件设计和研究中，一般采取多层磁性薄膜结构的自旋阀或磁隧道结，是利用自旋转移矩效应来实现电流驱动纳米磁器件中自由层的磁矩翻转或高频磁进动等。近几年，在强自旋轨道耦合材料或异质结中发现强自旋轨道耦合效应能诱导出大的自旋流，并足以驱动近邻铁磁层的磁矩翻转。

关键词：自旋传输矩自旋流自旋纳米振荡器神经形态计算

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迄今最高并行度的神经形态计算方案

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科学 2021年第5期73卷 39-39页

作者：勇兰不详

[本刊讯]南京大学物理学院缪峰团队与合作者利用连续时间的信息加载方式和频分复用技术,首次提出并验证迄今最高并行度的神经形态计算方案。相关研究成果于2021年7月8日发表在《自然—纳米技术》(Nature Nanotechnology)上。2021年4月,... 详细信息

[本刊讯]南京大学物理学院缪峰团队与合作者利用连续时间的信息加载方式和频分复用技术,首次提出并验证迄今最高并行度的神经形态计算方案。相关研究成果于2021年7月8日发表在《自然—纳米技术》(Nature Nanotechnology)上。2021年4月,《科学》(Science)周刊提出125个最具挑战性的前沿科学问题,其中信息科学领域的首个问题是:计算机处理速度是否有上限?

关键词：神经形态计算并行度南京大学频分复用技术纳米技术信息科学领域《科学》加载方式

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氧化物全光控突触研究进展

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发光学报 2025年第2期46卷 245-259页

作者：单海应宏微程培红胡令祥王敬蕊叶志镇诸葛飞宁波大学材料科学与化学工程学院浙江宁波315211 中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江宁波315201 宁波工程学院电子与信息工程学院浙江宁波315211 浙江大学材料科学与工程学院硅及先进半导体材料全国重点实验室浙江杭州310027 浙江大学温州研究院浙江温州325006 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心上海200031 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100029

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... 详细信息

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。

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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神经形态感算一体计算架构的设计与实现

神经形态感算一体计算架构的设计与实现

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作者：郝昊国防科技大学

学位级别：博士

在智能计算时代,各类人工智能技术已经深入人们生活的方方面面,时刻影响着人们的日常活动。基于神经网络原理的深度学习技术已经在包括分子结构预测、目标检测、自动驾驶、语音识别等多个领域取得了丰硕的成果,产生了众多应用。此外,这... 详细信息

在智能计算时代,各类人工智能技术已经深入人们生活的方方面面,时刻影响着人们的日常活动。基于神经网络原理的深度学习技术已经在包括分子结构预测、目标检测、自动驾驶、语音识别等多个领域取得了丰硕的成果,产生了众多应用。此外,这种受仿生原理启发的神经形态算法的计算原理可解释性也越来越强,性能指标也越来越接近人类自身,被认为是实现未来强人工智能的重要途径之一。然而,作为一种源于生物神经系统、在模拟域进行运算的算法模型,使用二值化的数字计算机进行间接实现存在着诸多问题,负载在计算中心上的感知数据格式预处理、数据的结构化及频繁的数据搬动等操作产生了较大的计算资源开销与时间延迟,不利于其在未来多传感器融合趋势下的进一步发展。针对上述问题,本文系统研究对照了生物神经系统与现有计算系统在实现神经网络算法上的异同之处,剖析了两种系统架构与其中数据流的处理过程,仿照生物周围神经系统与中枢神经系统的关系,开展了新型的神经形态计算体系结构的探索。本文从计算体系结构出发,自顶至下设计了神经形态感算一体的光电混合计算系统。首先在系统级的顶层设计上,仿照生物神经系统的组织方式,对感算一体的计算体系结构进行了模块化设计,解析了神经网络算法中的主要计算任务,完成了对计算任务的解构与各模块所需计算资源的分配;在算法级设计上,明确了系统中软硬件对应实现的算法模块并建立了软硬件之间的数据接口,基于实验数据确定了物理量和逻辑量的映射模型;最后在物理级的底层实现上,制备了能够模拟视神经元功能的光感知神经元芯片,实现了多种神经网络算法中所需的矩阵运算。本文主要的研究内容如下:1.在计算体系结构方面,深入研究了当前计算视觉框架中的各类主流的神经形态算法,系统性地分析了其中存在的问题与主要瓶颈。针对现有问题,仿照生物神经系统对视觉信息的处理模式,重新设定划分了计算系统中软硬件执行的算法任务与协同策略,建立了新的神经形态视觉信息计算模型。该模型具有更好的生物可解释性,同时较好地缓解了信息数字化、数据结构化与数据移动所产生的时间与能耗代价。2.在神经形态计算基本单元方面,设计实现了基于过渡金属硫化物（TMDCs）的光突触三维微纳结构。从生物视神经元与视神经节的生理功能出发,分析提炼了光突触所需要具备的主要功能。在器件光敏层材料的选择上,使用稳态及超快光谱技术对TMDCs材料进行了光电性能的表征与载流子动力学的研究;在器件结构加工上,借助现代微纳工艺与镀膜技术,逐层堆叠制备了独立的光突触器件并进行了基础功能的测试,完成了光突触器件各功能的实现与整合。测试表明,在栅压不变时,光突触有着极低的暗电流(～10-13A)并且可以产生最高3个量级的线性光响应。在同样的光强度下,埋入式的背栅结构可以有效操控器件的光电流大小,调制强度约为10-9A/V,实现了可重构的神经突触效果。3.在神经形态算法功能的实现方面,从系统软硬件两个方面分别对算法模块进行了实现。针对神经形态计算视觉所需要的矩阵基本积、矩阵內积与矩阵卷积计算功能,在独立的光突触之上设计了对应的突触空间拓扑结构形成光感知神经元,通过时分复用光感知神经元芯片实现了多种等效矩阵计算;在软硬件协同方面,研究了芯片物理输出与逻辑神经网络的接口耦合方式,将网络参数映射到了实际的物理量上,实现了系统软硬件数据的对接与处理。4.基于架构设计,构建了完整的感知计算一体的系统框架并进行了实验验证。利用自建的光束整型系统与数字微镜系统实现了光束的空间调制与信息的高效加载;借助自建的微区成像系统,实现了高精度的光载波-器件对准系统;载波调制后的微区成像观察结果与仿真变换结果高度一致;实现了极低噪声的信号检测系统;制备了3×3阵列大小的光突触阵列形成光感知神经元芯片并进行了基于仿真参数的突触强度预配置与神经网络计算结果的提取,测试结果表明系统能够有效完成卷积层与全连接层的计算过程,证明了神经形态感算一体系统的有效性。本文的主要创新点包括:仿照生物神经网络对外部信息的处理过程,结合算法模型设计了计算效率更高的感算一体神经形态计算架构;剖析了神经形态计算的基本计算元素,利用新型材料及器件的物理性质进行了实现与等效替代,加速了计算过程;借助光载波的传输特性,进行了感知计算的进一步加速,完善了对应的算法模型;构建了神经形态感算一体计算系统,通过软硬件的耦合与数据互通,实现了完整的算法功能。

关键词：神经形态计算感知计算一体化过渡金属硫化物卷积神经网络光信息处理

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神经形态异构计算系统关键模块研究

神经形态异构计算系统关键模块研究

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作者：刘杨虎电子科技大学

学位级别：硕士

在集成电路制造技术的发展红利渐消,摩尔定律濒临失效,新型计算场景层出不穷,算力需求持续高涨的背景下,传统冯诺依曼计算体系早已捉襟见肘,功耗墙、内存墙的限制越来越明显,传统神经网络算法也在物联网、自动驾驶、边缘计算等新场景下... 详细信息

在集成电路制造技术的发展红利渐消,摩尔定律濒临失效,新型计算场景层出不穷,算力需求持续高涨的背景下,传统冯诺依曼计算体系早已捉襟见肘,功耗墙、内存墙的限制越来越明显,传统神经网络算法也在物联网、自动驾驶、边缘计算等新场景下处处受到掣肘。此时,神经形态异构计算系统成为解决当前问题的热门选择。神经形态计算能进一步模拟人脑的信息处理机制,具有优秀的并行性和较低的功耗。异构系统可以充分发挥专人干专事的优势,在进一步挖掘现有计算模式潜力的同时,将神经形态计算架构与通用架构融合,达到算力进一步提升的目的。因此本论文对神经形态异构计算系统进行了如下研究工作:（1）脉冲神经元和脉冲神经网络的数字电路设计实现。本论文在对比前人工作的基础上采用了结构相对简单,硬件亲和性高的脉冲神经元模型,对其生物动力学过程进行了研究分析,并进行了数字化抽象建模,同时对采用脉冲神经元构建脉冲神经网络的方法进行了研究分析,采用数字电路设计方法,设计得到了脉冲神经元和脉冲神经网络。（2）神经形态计算阵列的设计实现。在得到了脉冲神经元和脉冲神经网络之后,本论文设计得到了单个可配置,多个易互连的神经形态计算内核,本论文使用多个神经形态计算内核构建了神经形态计算阵列。在SMIC 55 nm工艺、100MHz时钟条件下,Design Compiler综合分析表明该计算阵列总功耗为14.390m W,面积约4.6mm2。（3）神经形态计算阵列自定义调度指令的设计实现。在实现了神经形态计算阵列的基础上,结合RISC-V模块化的指令集架构和拓展指令设计方法,本论文设计提出了多条神经形态RISC-V自定义指令,用于配置、调度、调试上述神经形态计算阵列,实现了神经形态计算阵列与通用处理器的异构集成,构建了神经形态异构系统。（4）神经形态异构系统的应用研究。在得到神经形态异构系统之后,本论文对其应用方法展开了研究,完成了算法部署和应用功能的开发。针对手写数字识别,完成了算法设计与计算阵列映射,在FPGA上进行了摄像头实时图像识别系统的部署和测试,其功能仿真的识别准确率为97.25%,FPGA硬件识别准确率为97%。

关键词：神经形态计算异构系统 RISC-V 自定义指令

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基于自旋的智能器件与物理神经网络进展

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科学通报 2025年第13期 1874-1883页

作者：刘祥语文辉雷坤兰修凯王开友中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室中国科学院大学材料科学与光电技术学院

在信息爆炸的时代,解决计算中不断升级的能源需求变得至关重要.传统的计算机系统面临性能限制,促使人们寻找新的计算范式.自旋电子器件以其非易失、速度快、高能效等特点,有望解决传统电子器件所面临的困境.本文从自旋人工电子突触、自... 详细信息

在信息爆炸的时代,解决计算中不断升级的能源需求变得至关重要.传统的计算机系统面临性能限制,促使人们寻找新的计算范式.自旋电子器件以其非易失、速度快、高能效等特点,有望解决传统电子器件所面临的困境.本文从自旋人工电子突触、自旋振荡器神经元、自旋人工神经网络和概率神经网络四个方面综述了基于自旋的智能器件和物理神经网络的最新研究进展.自旋电子器件的蓬勃发展及其在智能计算和信息存储等领域展现出的应用潜力有望激发新一轮的信息技术革命.

关键词：自旋电子器件物理神经网络自旋轨道矩存算一体神经形态计算

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基于二维铁电钙钛矿的人工光突触晶体管制备与性能研究

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功能材料与器件学报 2025年第1期31卷 64-69页

作者：章鹏陈耿旭福州大学物理与信息工程学院福建350108

神经形态计算通过模拟生物神经系统的突触可塑性,为构建低功耗、高容错的智能感知系统提供了新思路。本文提出了一种基于二维铁电钙钛矿材料(PMA)_(2)PbCl_(4)的光突触晶体管。该材料兼具铁电极化特性和宽光谱光响应能力。通过将其与高... 详细信息

神经形态计算通过模拟生物神经系统的突触可塑性,为构建低功耗、高容错的智能感知系统提供了新思路。本文提出了一种基于二维铁电钙钛矿材料(PMA)_(2)PbCl_(4)的光突触晶体管。该材料兼具铁电极化特性和宽光谱光响应能力。通过将其与高迁移率的有机半导体PDVT-10结合,设计了一种新型人工光突触器件。实验结果表明,该器件在光脉冲下能够成功模拟兴奋性突触后电流(EPSC)和双脉冲易化(PPF)等生物突触功能。基于该器件的神经网络在Fashion-MNIST数据集分类任务中表现出优异的抗噪声性能。本研究为开发高性能的神经形态视觉系统提供了新的材料与器件设计策略。

关键词：人工突触神经形态计算铁电钙钛矿二维材料

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