碲化物忆阻突触器件机制及联想学习功能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61504045
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0408.新型信息器件
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Memristive artificial synaptic device is the basic building block of neuromorphic chips or systems, which is of great scientific significance in developing novel brain-inspired computing architecture to deal with the massive real-time data in the Big-Data era. This new computing paradigm will break the von Neumann bottleneck of the traditional computing architecture, and facilitates the combination of data storage and computing in the chip. However, the physical mechanism is still obscure for the synaptic behaviors, and most researches focuses on the device-level cognitive functions while learning at circuit or network level is still at the very early stage. To solve these key problems, the project studies the memristive mechanisms of telluride-based artificial synaptic devices and the network-level cognitive function: associative learning. We will reveal the dependence of memristive characteristics on the transport behaviors of silver ions in the telluride films, based on which analog memristive devices with favourable repeatability will be developed. The model of the stimulus and response for the synaptic device will be established to guide the design and optimization of synaptic device and neuromorphic circuit. An associative learning circuit and methodology will be presented, and the learning with temporal contiguity and unlearning behaviors under conditioned stimulus and unconditioned stimulus will be demonstrated. Finally, we will thoroughly understand the relationship between the microscopic physical evolutionary processes and the macroscopic cognitive learning functions, and master the methodology of synaptic device design and implementation. The successful implementation of this project will promote the development of memristive synaptic devices, and also accelerate their applications in large-scale neuromorphic systems.
忆阻突触器件是神经形态芯片及系统的基本单元,对于开发面向大数据时代海量实时数据并行处理的仿脑计算架构,实现信息存储和处理的融合具有重要的科学意义。然而,现阶段突触器件的物理机制还不清晰,仿脑功能实现还停留于器件级。本项目针对此关键科学问题,重点围绕碲化物忆阻突触器件机制及联想学习认知功能展开研究。阐明碲化物材料中电场驱动下Ag金属离子输运行为对器件忆阻特性的调控规律;遴选出稳定性和重复性俱佳的渐变型忆阻材料体系;建立突触器件的信息传输与处理模型,设计构建联想学习电路网络,实现符合生物时序临近关系和预测原则的联想学习及记忆遗忘功能。理解器件宏观仿脑认知功能实现过程中的微观物理工作机制和演化过程,掌握人工突触器件的功能设计与实现方法。本项目研究将推动忆阻突触器件的优化发展,并为忆阻突触器件在大规模神经形态电路系统中的应用奠定基础。

结项摘要

忆阻突触器件是类脑神经形态系统的基本单元,是实现信息存储与计算融合,突破冯诺依曼计算瓶颈的核心器件。本项目重点围绕新型碲化物忆阻材料,研制出高速、低功耗的忆阻器原型,研究了器件的电阻转变物理机制、突触可塑性行为、忆阻神经网络及非易失逻辑运算等内容。本项目成功在GeTe基忆阻器中实现了长时程易化(LTP)、长时程抑制(LTD)以及时序依赖突触可塑性(STDP)等重要的突触功能,并将其作为忆阻多层感知机网络(MLP)、脉冲神经网络(SNN)中权重更新的训练法则,在MNIST手写字体库基准测试任务上达到了超过90%的识别率。此外,项目还在GeTe基忆阻器中实现了忆阻非易失状态逻辑功能,提出了基于1M1R结构的时序逻辑方法和电路。本项目的研究成果为后续发展忆阻存算一体技术奠定了器件和方法基础。研究成果参与出版专著1部(《忆阻器导论》科学出版社),在IEEE Electron device letters,Applied Physics Letters,Nanoscale,Advanced Electronic Materials,ACS Applied Materials & Interfaces等SCI期刊发表论文11篇,并多次在国际学术会议做报告,申请中国发明专利8项,其中已获授权3项。项目培养了博士2名,硕士3名。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(8)
Reprogrammable logic in memristive crossbar for in-memory computing
用于内存计算的忆阻交叉开关中的可重编程逻辑
  • DOI:
    10.1088/1361-6463/aa9646
  • 发表时间:
    2017-12-20
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHYSICS D-APPLIED PHYSICS
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Cheng, Long;Zhang, Mei-Yun;Miao, Xiang-Shui
  • 通讯作者:
    Miao, Xiang-Shui
Functionally Complete Boolean Logic in 1T1R Resistive Random Access Memory
1T1R 电阻式随机存取存储器中功能完整的布尔逻辑
  • DOI:
    10.1109/led.2016.2645946
  • 发表时间:
    2017-02-01
  • 期刊:
    IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Wang, Zhuo-Rui;Su, Yu-Ting;Miao, Xiang-Shui
  • 通讯作者:
    Miao, Xiang-Shui
Realization of Functional Complete Stateful Boolean Logic in Memristive Crossbar
忆阻Crossbar中功能完整状态布尔逻辑的实现
  • DOI:
    10.1021/acsami.6b11465
  • 发表时间:
    2016-12-21
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Li, Yi;Zhou, Ya-Xiong;Miao, Xiang-Shui
  • 通讯作者:
    Miao, Xiang-Shui
Nonvolatile reconfigurable sequential logic in a HfO2 resistive random access memory array
HfO2 阻变随机存取存储器阵列中的非易失性可重配置顺序逻辑
  • DOI:
    10.1039/c7nr00934h
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    NANOSCALE
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Zhou Ya-Xiong;Li Yi;Su Yu-Ting;Wang Zhuo-Rui;Shih Ling-Yi;Chang Ting-Chang;Chang Kuan-Chang;Long Shi-Bing;Sze Simon M.;Miao Xiang-Shui
  • 通讯作者:
    Miao Xiang-Shui
Correlation analysis between the current fluctuation characteristics and the conductive filament morphology of HfO2-based memristor
HfO2基忆阻器电流波动特性与导电丝形貌的相关分析
  • DOI:
    10.1063/1.5003217
  • 发表时间:
    2017-11-20
  • 期刊:
    APPLIED PHYSICS LETTERS
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Li, Yi;Yin, Kang-Sheng;Miao, Xiang-Shui
  • 通讯作者:
    Miao, Xiang-Shui

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其他文献

分区非局部均值色貌模型在色调映射中的应用
  • DOI:
    10.13203/j.whugis20140024
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    武汉大学学报(信息科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李祎;芦碧波;王永茂
  • 通讯作者:
    王永茂
层错能对铜合金室温变形及退火过程中晶粒细化的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国有色金属学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李祎;张祥凯;何克坚;杨续跃
  • 通讯作者:
    杨续跃
基于条件属性依赖度的配置产品装配时间估算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    计算机工程与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈友玲;谢淑红;李祎
  • 通讯作者:
    李祎
微量 Fe 对冷轧超细晶 Cu-30Zn-0.15Fe 合金等温退火组织演化的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    金属学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张笃秀;李祎;叶友雄;沈阳志;杨续跃
  • 通讯作者:
    杨续跃
CF_3I及微氧条件下放电分解组分形成机理
  • DOI:
    10.13336/j.1003-6520.hve.20170303006
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    高电压技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖淞;李祎;张晓星;卓然;王邸博;田双双
  • 通讯作者:
    田双双

其他文献

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李祎的其他基金

基于易失性忆阻器的脉冲神经元及硬件脉冲神经网络的实现探索
  • 批准号:
    92064012
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    80 万元
  • 项目类别:
    重大研究计划
基于双极性自选通忆阻器的非易失可重构逻辑原理与实现研究
  • 批准号:
    61874164
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    66.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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