生物啟發脈沖神經網絡架構有望通過模擬人腦的高算力、高并行度、低功耗等特性,解決馮·諾依曼架構存儲墻和能效瓶頸等問題。然而,面向構建脈沖神經網絡的神經形態硬件的研究尚處于探索階段,基于傳統CMOS的神經形態芯片通常需要數十個晶體管和若干電容;基于新型存儲器等新原理神經元器件亦需集成額外電容或復位操作電路,且耐久性受限,難以滿足高頻神經元器件的信息整合處理需求。自旋電子器件具有高能效、高耐久性及更豐富的物理特性,成為神經形態硬件開發最具潛質的載體之一。
近日,中國科學院微電子研究所微電子器件與集成技術重點實驗室劉明院士團隊基于合成反鐵磁異質結構,通過界面工程有效調控磁疇壁動力學特性,在無需電容和復位電路的情況下實現了具有積累-泄露-放電-自復位特性的神經元器件及陣列。該團隊提出并驗證了體系焦耳熱依賴的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida交換作用和內建磁場相互競爭驅動磁疇壁往復運動物理機制,有望實現高放電率(17 MHz)、低能耗(486 fJ/spike)神經元集成器件。該工作結合負微分電阻器件特性構建了“winner-takes-all”的神經元電路模塊,提升了脈沖神經網絡性能的同時可大幅降低網絡功耗。該研究基于所開發的器件磁疇壁動力學物理模型模擬神經元行為特性,進一步構建了兩層脈沖神經網絡(興奮性神經元+抑制性神經元layer)。這一體系架構對Modified National Institute of Standards and Technology(MNIST)手寫數字集的基準識別率達到88.5%,為神經形態計算領域提供了硬件開發的新思路。
相關研究成果以Spintronic leaky-integrate-fire spiking neurons with self-reset and winner-takes-all for neuromorphic computing為題,在線發表在《自然-通訊》(Nature Communications)上,并被選為“編輯亮點推薦工作”。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項等的支持。
a、b:自旋電子神經元器件磁光顯微鏡磁-電輸運測試與磁光克爾數據圖像;c、神經元器件磁滯回線;d、磁光克爾與霍爾電壓信號LIFT特性。
諸如創傷、中風、癲癇和多種神經變性疾病等人類神經系統疾病通常會導致神經元的永久性喪失,且會引起大腦功能的嚴重損傷;目前的療法選擇非常有限,主要是由于更換丟失的神經元的挑戰。直接對神經元進行編程或許能提......
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圖“神經卷軸”探針在國家自然科學基金項目(批準號:T2188101、21972005)等資助下,北京大學段小潔研究員團隊發揮腦科學、生物醫學工程以及物質科學交叉背景的優勢,在高通道植入式神經電極研制方......
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一項6月12日發表于《自然》的研究表明,當大鼠睡眠不足時,一種與長時記憶有關的關鍵大腦信號——尖波漣漪會減弱,而且即使之后一晚睡眠正常,也不足以修復這種大腦信號。該研究可能有助于解釋為什么睡眠不足會破......
公司創始人與電腦上的多電極陣列。圖片來源:FinalSpark公司官網據MSN網站31日消息稱,瑞士生物計算初創公司FinalSpark推出一個在線平臺,用戶可遠程訪問16個人腦類器官。該公司官網稱,......
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近日,華南師范大學腦科學與康復醫學研究院副研究員王本馳應邀在《認知科學趨勢》(TrendsinCognitiveSciences)發表Spotlight短文,介紹了基于顯著干擾的外源性注意的神經加工機......
近日,中國科學院上海藥物研究所李佳課題組和浙江大學李新課題組合作,以Deconvolutingnitricoxide–proteininteractionswithspatiallyresolvedm......
脊髓損傷可導致嚴重的殘疾。現在,英國劍橋大學研究團隊用包裹脊髓的微型柔性電子設備,成功記錄了大腦和脊髓間的神經信號。這一設備首次實現360度安全記錄信號,提供脊髓活動的完整圖像。研究結果發表在新一期《......