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钱鹤等精英团队研发出人工树突器件,完成新式神经元网络

受生物神经元网络启迪,研发出一种具备丰富多彩动态性特点的人工树突器件,搭建了包括神经递质、树突、胞体三种基础测算模块的新式神经元网络,树突作用明显提高了互联网的准确度,另外大幅度减少了系统软件的功能损耗,提高了互联网解决繁杂每日任务的工作能力。

生物神经元网络由神经递质和神经细胞构成,而神经细胞又包括树突、胞体等基础构造,在其中树突具备比较复杂的网络拓扑结构和动态性全过程。很多生物中枢神经系统的研究表明树突具备十分关键的离散系统时光信息资源管理作用,它是人的大脑可以在解决繁杂每日任务的另外维持低能耗的关键缘故之一。当今的人工神经网络大多数将神经细胞用简易的点模型表示,将其测算作用简单化成積分-派发(integrate-and-fire),而忽视了树突的信息资源管理作用。那样的简单化促使人工神经网络在功能损耗、协调能力上与生物神经元网络对比仍存有非常大的差别。

4月12日,清华微电子所、将来半导体技术高技术创新中心钱鹤、吴华强专家教授精英团队,协同清华医科院及脑与智能化试验室宋森研究者、英国麻省大学杨建华专家教授、阿里巴巴网达摩院谢源专家教授、美国加州大学圣芭芭拉校区邓磊博士研究生,在 Nature Nanotechnology 上发布名为“ Power-Efficient Neural Network with Artificial Dendrites ”的科学研究毕业论文,报导了根据动态性忆阻器的人工树突器件,取得成功重现了生物树突对数据信号的离散系统过虑、積分及其时间观念数据信号的处理方法。

以便认证人工树突的测算作用,科学研究精英团队将所开发设计的人工树突器件与导电性细条型神经递质器件、Mott相变形胞体器件开展信息系统集成,搭建了包括神经递质、树突、胞体三种基础测算模块的新式神经元网络。试验数据显示,因为树突作用的引进,该互联网在解决具备繁杂声音分贝的城市街景门牌号码(SVHN)数据时,胞体的动态性功能损耗减少30倍,互联网的准确度提升8%之上,系统软件评定总体功能损耗比CPU减少3个量级。来源于清华微电子所的吴华强专家教授是该毕业论文的通讯作者,李辛毅博士研究生、唐建石终身教授和张清天博士研究生是相互第一作者。

近些年,钱鹤、吴华强专家教授精英团队长期性着眼于根据忆阻器的存算一体半导体技术科学研究,从器件性能优化、加工工艺集成化、电路原理及构架与优化算法等多层面完成自主创新提升,有关科研成果发布于 Nature、Nature electronics、Nature Communications、Advanced Materials 等顶级期刊和ISSCC、IEDM、VLSI等行业内顶尖国际性学术会上。

受生物启迪制取的新基本原理树突器件,重现了生物树突对数据信号的离散系统过虑、積分等作用

集成化了神经递质、树突、胞体三种测算模块的新式人工神经网络,在SVHN数据上认证了功能损耗和准确度上的明显优点

该工作中的关键自主创新之处包含:

开发设计出了与CMOS加工工艺适配的树突器件,其丰富多彩的动态性特点重现了生物树突模块的离散系统过虑、積分及其时间观念信息资源管理等作用。

将所制取的人工树突器件和根据导电性细条的神经递质器件、根据Mott改变的胞体器件开展集成化,初次在硬件配置系统软件上搭建了包括神经递质、树突、胞体三种基础测算模块的新式人工神经网络。

在包括繁杂声音分贝的城市街景门牌号码数据(SVHN dataset)上,对包括树突测算的人工神经网络作用开展了认证。树突作用的引进将胞体的动态性功能损耗减少30倍,另外将互联网准确度提升了8%之上,系统软件评定总体耗能比CPU减少3个量级。

该科学研究根据新基本原理忆阻器的丰富多彩动态性全过程开发设计了神经系统形状树突器件,并进一步认证了新式人工神经网络的作用。将来根据器件、优化算法、电源电路、构架的科技成果转化与提升,有希望进一步提高包括树突测算的人工神经网络解决繁杂时光每日任务的工作能力,搭建更为智能化系统的低能耗神经元网络。

该科学研究工作中获得了自然科学基金委、我国关键产品研发方案、北京科委、北京信息科学与技术我国研究所等适用。

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