微电子学院科研团队提出超低功耗二维柔性神经形态器件光电协同调制新策略

作者:王敏摄影: 视频: 来源:微电子学院发布时间:2020-03-24

随着大数据与人工智能时代的到来,电子设备对存储与计算能力提出了更高的要求。传统的冯诺依曼式计算构架存在着存储单元与计算单元分离的问题,极大限制了计算效率与功耗。仿生人工神经形态器件具有大规模并行计算、高效处理、低功耗等优势,可实现类似人脑的计算与信息处理方式,为新型存算一体化构架的建立提供了新的思路。尽管目前的人工神经形态器件的功耗可达到生物功耗级别(10 fJ),实现比生物水平更低的功耗对大规模神经网络的应用具有重要意义。二维过渡金属硫化物由于原子级厚度、超高集成密度、丰富的能带特性、优异的机械性以及独特光电特性,被视为下一代光电、存储和低功耗类脑神经计算架构的重要组成单元。

最近,复旦大学微电子学院科研团队利用二维层状MoS2制备具有光电协同调制功能的可穿戴仿人脑神经形态器件,首次实现可穿戴仿生神经突触器件的aJ级别超低功耗,远低于生物功耗水平,为超低功耗、多端调制的可穿戴式类脑计算器件的应用开辟了新的道路。相关成果以“Ultralow Power Wearable Heterosynapse with Photoelectric Synergistic Modulation”为题发表于Advanced Science 。微电子学院副研究员陈琳、研究员孙清清为文章的通讯作者。

科研团队设计了一种基于柔性二维MoS2的异质突触,成功实现生物体内的长时程可塑性,将长时程增强(LTP)和长时程抑制(LTD)过程中的能耗降低至为18.3aJ/脉冲和28.9aJ/脉冲,为神经形态计算系统提供了一条比人脑更出色的处理信息的途径。通过增加光调制,器件同时实现光、电协同调制,动态控制突触前后端的相关性并实现复杂的多端调制,对于揭示突触之间的协作机制和构建神经网络具有重要意义。

在这项工作中,科研团队演示了基于MoS2的具有光电协同调制的可穿戴的多端人工突触器件,展现出优异的存储特性与超低的功耗。光作为一种潜在的调制信号,可以用来模仿传统的突触可塑性。通过添加额外的光刺激作为调节性突触,光电协同调制可以增强可塑性效果以实现更高阶的相关性,为复杂的生物活动模拟和神经形态计算系统设计开辟了一条新途径。


制图:实习编辑:谢思语责任编辑:李沁园

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