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基于二維材料的新型高速神經(jīng)元晶體管誕生

2017-06-28 09:42:15 作者：本網(wǎng)整理來源：中國國防科技信息網(wǎng) 分享至：

近日，新加坡南洋理工大學(xué)和電子科技大學(xué)的研究人員共同開發(fā)出一種與真實(shí)生物大腦中神經(jīng)元高度相似的新型“神經(jīng)元晶體管”。該器件可作為神經(jīng)形態(tài)計(jì)算硬件的基本構(gòu)建模塊用于具有超強(qiáng)計(jì)算能力的自學(xué)習(xí)及自適應(yīng)系統(tǒng)中。該研究已發(fā)表在最新一期的《納米技術(shù)》上。

為了讓晶體管的行為更接近生物大腦中的神經(jīng)元，必須能夠使晶體管實(shí)現(xiàn)類神經(jīng)元的功能，特別是加權(quán)求和以及閾值函數(shù)計(jì)算。生物神經(jīng)元能夠接收來自其它眾多神經(jīng)元的加權(quán)輸入信號，然后將這些信號進(jìn)行加權(quán)求和并與相應(yīng)閾值進(jìn)行分析比較從而決定是否將信息傳遞出去。人類大腦擁有數(shù)百億的神經(jīng)元細(xì)胞，這些細(xì)胞每時每刻都在高速進(jìn)行著加權(quán)求和及閾值分析計(jì)算來控制我們所有的思維和行動。

在這項(xiàng)最新的研究工作中，研究人員創(chuàng)造出一種與單個神經(jīng)元細(xì)胞功能類似的具有加權(quán)求和及閾值分析計(jì)算能力的全新神經(jīng)元晶體管。該晶體管并未采用傳統(tǒng)晶體管所普遍采用的硅基材料，而是用用過渡金屬硫化物二維材料二硫化鉬薄片制作而成。

為了證明該神經(jīng)元晶體管具有與真實(shí)神經(jīng)元細(xì)胞具有相似的行為，研究人員展示了用單個柵極或同時用兩個柵極控制神經(jīng)元晶體管的實(shí)驗(yàn)。在同時用兩個柵極控制神經(jīng)元晶體管的實(shí)驗(yàn)中，晶體管進(jìn)行了加權(quán)求和計(jì)算。此外，研究人員還進(jìn)行了用該晶體管完成雙珠算盤計(jì)算任務(wù)等邏輯計(jì)算功能的實(shí)驗(yàn)。

該神經(jīng)元晶體管最大的優(yōu)勢便是計(jì)算速度快。雖然當(dāng)前已經(jīng)報(bào)道過很多其它的神經(jīng)元晶體管，但這些晶體管通常只能以低于0.05赫茲的頻率運(yùn)行，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于生物神經(jīng)元平均5赫茲的放電頻率。而新型神經(jīng)元晶體管可以在0.01~15赫茲的較寬的頻率范圍下運(yùn)行，這對于高性能神經(jīng)形態(tài)硬件的開發(fā)非常重要。

下一步，研究人員打算為該神經(jīng)元晶體管添加更多的控制柵極，使其能夠接收和處理更多的輸入信號，從而更加接近于真實(shí)神經(jīng)元。此外，研究人員還計(jì)劃將新型神經(jīng)元晶體管與憶阻器進(jìn)行集成來構(gòu)建與人類大腦類似的功能更為強(qiáng)大的神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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