寧波大學(xué)胡子陽ACS：利用準(zhǔn)2D鈣鈦礦憶阻器中的雙電阻開關(guān)實現(xiàn)集成非易失性存儲器、突觸仿真和儲層計算，助力神經(jīng)形態(tài)計算發(fā)展

人工智能（AI）算法對計算能力的需求日益增長，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)計算架構(gòu)的承載能力。面對這一挑戰(zhàn)，寧波大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的胡子陽教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊積極探索新型材料和計算范式，以期找到解決方案。他們發(fā)現(xiàn)，集成多種阻變（RS）行為的憶阻器為開發(fā)新型計算架構(gòu)提供了一條**潛力的途徑。

在本研究中，胡子陽教授團(tuán)隊在準(zhǔn)二維鈣鈦礦憶阻器（Q-2DPM）中成功實現(xiàn)了易失性和非易失性RS行為的共存。作為非易失性存儲器，Q-2DPM展現(xiàn)出了**的性能。該團(tuán)隊不僅在Q-2DPM上成功模擬了興奮性突觸后電流（EPSC）、配對脈沖易化（PPF）以及長時程增強(qiáng)/抑制（LTP/LTD）等多種突觸功能，證明了其復(fù)制生物突觸動態(tài)特性的能力，還通過利用Q-2DPM的電導(dǎo)狀態(tài)構(gòu)建了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并驗證了這些器件在集成到交叉陣列中用于高精度MNIST數(shù)字識別任務(wù)時的巨大潛力。在125個訓(xùn)練周期后，該系統(tǒng)實現(xiàn)了約92.17%的識別準(zhǔn)確率，這充分凸顯了Q-2DPM在神經(jīng)形態(tài)計算中的有效性。

此外，胡子陽教授團(tuán)隊還深入探索了歸因于鹵素離子遷移和自摻雜效應(yīng)形成的易失性RS行為在物理儲層計算（RC）中的應(yīng)用。他們發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)對時變輸入具有出色的高保真分類能力，并且在處理現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)變異性時表現(xiàn)出極高的魯棒性，這一點(diǎn)通過其成功分類帶有噪聲的數(shù)字圖像得到了證明。

為了更深入地理解Q-2DPM的工作原理，該團(tuán)隊還利用電化學(xué)阻抗譜（EIS）和雙對數(shù)曲線擬合等方法，對Q-2DPM內(nèi)部的雙重RS機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)的闡明。這些研究不僅為憶阻器的RS行為提供了新的見解，還展示了在單一設(shè)備內(nèi)集成多樣RS行為的可行性，為通用計算單元的發(fā)展鋪平了道路。

Q-2DPM的多功能集成代表了神經(jīng)形態(tài)硬件架構(gòu)的一個有前景的方向，為實現(xiàn)支持復(fù)雜AI算法的高效能、高密度計算平臺提供了可能。展望未來，胡子陽教授團(tuán)隊表示，Q-2DPM的陣列化和片上神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)等進(jìn)展具有巨大的潛力。鈣鈦礦的**光電特性使得Q-2DPM的開發(fā)成為可能，這為傳感器內(nèi)計算等應(yīng)用開辟了令人興奮的新機(jī)遇。他們的研究成果不僅為神經(jīng)形態(tài)計算領(lǐng)域帶來了創(chuàng)新性的突破，也為下一代計算技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)信息：

Leveraging Dual Resistive Switching in Quasi-2D Perovskite Memristors for Integrated Non-volatile Memory, Synaptic Emulation, and Reservoir Computing

Zhenwang Luo，Weisheng Wang，Junhui Wu，Guohua Ma，Yanna Hou，Cheng Yang，

Xu Wang，F(xiàn)ei Zheng，Zhenfu Zhao，Ziqi Zhao，Liqiang Zhu，Ziyang Hu

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c21159

- 產(chǎn)品咨詢及購買請聯(lián)系我們 -