突觸可塑性即是通過(guò)特定模式的突觸活動(dòng)產(chǎn)生突觸權重變化的生物過(guò)程,這個(gè)過(guò)程被認為是大腦學(xué)習和記憶的源頭。因此,模擬神經(jīng)突觸可塑性和學(xué)習功能,構建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò ),是未來(lái)實(shí)現神經(jīng)形態(tài)類(lèi)腦計算機的關(guān)鍵。近期,中科院物理研究所孫陽(yáng)研究組在憶耦器的應用方面取得了新的進(jìn)展,成功將憶耦器應用于突觸電子學(xué)領(lǐng)域。
孫陽(yáng)研究組在國際上首先提出了一種基于磁電耦合效應的非易失性電路元件—憶耦器(memtranstor),并分別基于憶耦器成功演示了室溫下的兩態(tài)存儲、多態(tài)存儲和布爾邏輯運算功能。近期,孫陽(yáng)研究組尚大山副研究員和申見(jiàn)昕博士生等在具有室溫大磁電耦合效應的Ni/PMN-PT/Ni憶耦器中,通過(guò)調節脈沖觸發(fā)電壓和脈沖次數,實(shí)現了電耦值的連續可逆變化,模擬了神經(jīng)突觸權重增強和減弱行為。他們通過(guò)設計脈沖電壓觸發(fā)波形,并將兩組脈沖波形進(jìn)行疊加,實(shí)現了脈沖時(shí)序依賴(lài)可塑性(STDP)這種典型的突觸可塑性行為。在此基礎上,他們構建了基于憶耦器的4X4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò ),通過(guò)采用隨機噪聲學(xué)習方法,模擬了圖片靜態(tài)和動(dòng)態(tài)學(xué)習功能。該工作在國際上首次利用憶耦器模擬了神經(jīng)突觸可塑性和學(xué)習功能,證明了基于憶耦器構建低功耗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的可行性,為突觸電子學(xué)和類(lèi)腦計算技術(shù)的開(kāi)發(fā)提供了一種全新的途徑。
該工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院項目的支持。
文章鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.201706717