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基于二维材料的新型高速神经元晶体管诞生

2020/01/03 20:34

[据物理学组织网站2017年6月20日报道] 近日,新加坡南洋理工大学和电子科技大学的研究人员共同开发出一种与真实生物大脑中神经元高度相似的新型“神经元晶体管”。该器件可作为神经形态计算硬件的基本构建模块用于具有超强计算能力的自学习及自适应系统中。该研究已发表在最新一期的《纳米技术》上。

为了让晶体管的行为更接近生物大脑中的神经元,必须能够使晶体管实现类神经元的功能,特别是加权求和以及阈值函数计算。生物神经元能够接收来自其它众多神经元的加权输入信号,然后将这些信号进行加权求和并与相应阈值进行分析比较从而决定是否将信息传递出去。人类大脑拥有数百亿的神经元细胞,这些细胞每时每刻都在高速进行着加权求和及阈值分析计算来控制我们所有的思维和行动。

在这项最新的研究工作中,研究人员创造出一种与单个神经元细胞功能类似的具有加权求和及阈值分析计算能力的全新神经元晶体管。该晶体管并未采用传统晶体管所普遍采用的硅基材料,而是用用过渡金属硫化物二维材料二硫化钼薄片制作而成。

为了证明该神经元晶体管具有与真实神经元细胞具有相似的行为,研究人员展示了用单个栅极或同时用两个栅极控制神经元晶体管的实验。在同时用两个栅极控制神经元晶体管的实验中,晶体管进行了加权求和计算。此外,研究人员还进行了用该晶体管完成双珠算盘计算任务等逻辑计算功能的实验。

该神经元晶体管最大的优势便是计算速度快。虽然当前已经报道过很多其它的神经元晶体管,但这些晶体管通常只能以低于0.05赫兹的频率运行,远远低于生物神经元平均5赫兹的放电频率。而新型神经元晶体管可以在0.01~15赫兹的较宽的频率范围下运行,这对于高性能神经形态硬件的开发非常重要。

下一步,研究人员打算为该神经元晶体管添加更多的控制栅极,使其能够接收和处理更多的输入信号,从而更加接近于真实神经元。此外,研究人员还计划将新型神经元晶体管与忆阻器进行集成来构建与人类大脑类似的功能更为强大的神经形态系统。

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