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以色列研制出可用于神经形态计算的双端浮栅晶体管
2020-01-10

[据技术探索网站2020年1月7日报道] 近期,以色列理工学院与以色列晶圆代工企业TowerJazz的研究人员们研制了一种能在神经形态计算领域中发挥作用的低功率、双端浮栅晶体管。在《自然·电子学》的一篇论文中可以看到该晶体管的有关内容,它采用标准化单层多晶硅技术以及商业化180 纳米互补金属氧化物半导体工艺制程制造。

研究人员沙哈尔·克瓦廷斯基表示:“通常情况下,实验室都致力于研制具备诸如忆阻器等新兴器件的电路与架构。这些新兴器件所存在的问题就是——在市场上买不到它们,我们只能小批量地进行购买,而且买到的都是可靠性低的。因此,在通常情况下,我们要么依赖仿真技术,要么就依赖现有器件的小型概念验证。”

最初的时候,沙哈尔•克瓦廷斯基及其同事都想在一个更可靠的环境中找到一条可以验证他们自身想法的途径。后来,在与TowerJazz公司共同致力于改进商用Y-Flash器件的合作期间,该团队就意识到——在一定的条件下,这些器件与他们所设计的器件类似。经过了对这些器件的一系列测试,他们决定将其建模成忆阻器。

沙哈尔•克瓦廷斯基表示:“忆阻器的工作原理与现有的晶体管大相径庭。忆阻器带有两个端子(而晶体管有三个甚至是四个端子)。此外,它们的性能类似于那些带有存储器的电阻器,这也是取名为忆阻器的原因。虽然忆阻器不能在市场上流通,但Y-Flash器件的稳定制程为0.18 微米。”

研究人员描述的这款与忆阻器类似的器件能够采用经过优化的开关电压与时间进行精确地调整。此外,它们还能实现65种不同的电阻水平,模拟数据能够保存10年。

不过,这些器件的主要优点还是在于:虽然它们复制了与忆阻器相似的运转情况,但研究人员只要采取市面上可用的技术就能轻轻松松地研制出这些器件,现有的大多数忆阻器是不具备这个优势的。除此之外,它们还是低功率器件,所以就非常节能。

沙哈尔•克瓦廷斯基表示:“你们要注意到,我们是以忆阻模式来生产Y-Flash的,因此,我们做出的改进其实是很小的,也不需要额外的生产步骤。这也就是说,研制这些器件所需的成本与标准化Y-Flash晶体管的成本是相同的。”

沙哈尔•克瓦廷斯基和他的同事们进行了一系列实验。在此过程中,他们证明了自己研制的忆阻器在一些基本神经形态应用领域存在着无限的潜力。特别是他们还展示了这些器件适用于实现尖峰时间相关可塑性、矢量矩阵乘法、联想记忆以及分类训练。

沙哈尔•克瓦廷斯基表示:“对于我这样的学者而言,我们所研制的晶体管能够让我们在相对大规模的设计中采用常规晶体管来验证自己的想法。而对于业界来说,这些晶体管让企业能够有机会制造可用于低功率应用的高效神经形态人工智能系统。”

这些忆阻器为众多研发领域带来新的可能,这实在是令人激动。对于那些需要大规模采用忆阻器的应用(例如:神经形态人工智能系统)以及需要完美结合商业技术的应用来说,这些忆阻器就颇具用武之地了。

沙哈尔•克瓦廷斯基还表示:“在这篇论文中,我们展示了基本的器件运转情况,并对几种与神经网络有关的应用程序进行了演示。目前,我们打算设计与研制更大规模的应用并将其与晶体管结合。”(国家工业信息安全发展研究中心 朱航琪)

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