XiaoMi-AI文件搜索系统
World File Search System忆阻器
用于内存计算的完全 CMOS 兼容被动式 TiO2 忆阻器交叉开关
HAL 是一个多学科开放存取档案库，用于存放和传播科学研究文献，无论这些文献是否已出版。这些文献可能来自法国或国外的教学和研究机构，也可能来自公共或私人研究中心。
具有忆阻器横杆的网络化视网膜传感器可实现大脑启发的视觉感知
与人类视觉相比，由图像传感器和处理器组成的传统机器视觉由于图像感测和处理在物理上分离，存在高延迟和大功耗的问题。具有大脑启发视觉感知的神经形态视觉系统为该问题提供了一个有希望的解决方案。在这里，我们提出并演示了一种原型神经形态视觉系统，该系统通过将视网膜传感器与忆阻交叉开关联网。我们使用具有栅极可调光响应的 WSe 2 /h-BN/Al 2 O 3 范德华异质结构来制造视网膜传感器，以紧密模拟人类视网膜同时感测和处理图像的能力。然后，我们将传感器与大规模 Pt/Ta/HfO 2 /Ta 单晶体管单电阻 (1T1R) 忆阻交叉开关联网，该交叉开关的作用类似于人脑中的视觉皮层。实现的神经形态视觉系统可以快速识别字母和跟踪物体，表明在完全模拟状态下具有图像感测、处理和识别的能力。我们的工作表明，这种神经形态视觉系统可能会为未来的视觉感知应用开辟前所未有的机会。
基于可扩展单层 ReS 2 /WS 2 异质结构的具有突触可塑性的电光可控忆阻器
随脉冲数增加而呈现增加趋势，并表现出显著的光感应行为，随着光功率从0 mW增加到8 mW而稳步增强。这种依赖于功率的电导控制表明了对突触权重的光学可调性，预示着未来视觉神经应用的潜力。图4i展示了通过调制光功率对开关时间（施加单脉冲时设备电流稳定的时间）的有效控制。对于读取电压为1 V、幅度为5 V、脉冲宽度和间隔均为3 s的脉冲，在532 nm激发下，开关时间从约1.8 s减少到0.6 s。这暗示了光调制忆阻器在神经形态应用上的高级灵敏度。
一种用于实现随机二进制尖峰时间相关可塑性的 CMOS-忆阻器混合系统
本文介绍了一个完全实验性的混合系统，其中使用定制的高阻态忆阻器和采用 180 nm CMOS 技术制造的模拟 CMOS 神经元组装了一个 4 × 4 忆阻交叉脉冲神经网络 (SNN)。定制忆阻器使用 NMOS 选择晶体管，该晶体管位于第二个 180 nm CMOS 芯片上。一个缺点是忆阻器的工作电流在微安范围内，而模拟 CMOS 神经元可能需要的工作电流在皮安范围内。一种可能的解决方案是使用紧凑电路将忆阻器域电流缩小到模拟 CMOS 神经元域电流至少 5-6 个数量级。在这里，我们建议使用基于 MOS 阶梯的片上紧凑电流分配器电路，将电流大幅衰减 5 个数量级以上。每个神经元之前都添加了这个电路。本文介绍了使用 4 × 4 1T1R 突触交叉开关和四个突触后 CMOS 电路的 SNN 电路的正确实验操作，每个电路都有一个 5 个十进制电流衰减器和一个积分激发神经元。它还演示了使用此小型系统进行的一次性赢家通吃训练和随机二进制脉冲时间依赖可塑性学习。
基于忆阻器的可靠安全混沌通信，可抵御窃听者和不受信任的代工厂
混沌是一种确定性现象，在特定条件下，状态向量的轨迹变得周期性且对初始条件极为敏感，发生在非线性动态系统中。虽然传统的基于电阻的混沌通信主要关注网络上信息的安全传输，但由于外包制造，收发器本身可能会受到损害。随着资源受限的植入式和可穿戴设备中无线传感器的增长，如果传输的信息可靠且发射机设备安全，混沌通信可能是一个不错的选择。我们相信，作为第四个基本两端电路元件的忆阻器可以缩小可靠通信和安全制造之间的差距，因为它的电阻可以由设计人员而不是代工厂编程和保存。因此，在本文中，我们提出了一种基于忆阻器的蔡氏混沌收发器，它在存在窃听者的情况下都是可靠的，并且在不受信任的代工厂面前是安全的。具体来说，我们考虑相同忆阻器值下的发射器和接收器对，以显示
基于离散和连续吸引子网络的神经形态系统基于忆阻器的生物可信记忆
正是对建立一整套新的数学工具以分析和评估未来神经形态计算系统的启发。忆阻器于1971年被提出[4]，并于2008年通过实验建立[5]，它是一种电阻性器件，是针对这种非冯·诺依曼计算优化的未来神经形态器件。忆阻器可以根据内部状态和外部刺激（如电压脉冲）改变其电阻。先前的研究表明，基于忆阻器的交叉结构可以依靠欧姆定律和基尔霍夫定律，将计算最密集的组件矢量矩阵乘法（VMM）直接映射到电参数，从而加速各种人工神经网络（ANN）。[6,7]在此原理下，VMM计算过程直接在原位进行，从而避免了因从内存中获取数据而导致的内存墙（冯·诺依曼瓶颈）。尤其是在监督学习中，它可以降低前馈过程和从 NP 到 P 的反向传播的计算复杂度。[8] 因此，当前的研究主要集中在分类和回归任务上，以利用这种新的计算机制作为互补金属氧化物半导体 (CMOS) 电路的补充。然而，忆阻器的不同物理机制，如导电丝的形成/溶解和相变，决定了器件存在需要进一步优化的缺陷。[9,10]
脉冲网络中使用忆阻器进行持续学习的概率元可塑性
在动态环境中运行的边缘设备迫切需要能够持续学习而不会发生灾难性遗忘。这些设备中严格的资源限制对实现这一目标构成了重大挑战，因为持续学习需要内存和计算开销。使用忆阻器设备的交叉开关架构通过内存计算提供能源效率，并有望解决此问题。然而，忆阻器在电导调制中通常表现出低精度和高可变性，这使得它们不适合需要精确调制权重大小以进行整合的持续学习解决方案。当前的方法无法直接解决这一挑战，并且依赖于辅助高精度内存，导致频繁的内存访问、高内存开销和能量耗散。在这项研究中，我们提出了概率元可塑性，它通过调节权重的更新概率而不是大小来整合权重。所提出的机制消除了对权重大小的高精度修改，从而消除了对辅助高精度内存的需求。我们通过将概率元可塑性集成到以低精度忆阻器权重在错误阈值上训练的脉冲网络中，证明了所提机制的有效性。持续学习基准的评估表明，与基于辅助内存的解决方案相比，概率元可塑性实现了与具有高精度权重的最先进的持续学习模型相当的性能，同时用于附加参数的内存消耗减少了约 67%，参数更新期间的能量消耗减少了约 60 倍。所提出的模型显示出使用低精度新兴设备进行节能持续学习的潜力。
基于纳米结构双层 ZrOx/Au 薄膜的双端忆阻器的增强和抑制行为
摘要 模拟突触功能（例如增强和抑制）对于开发人工神经形态结构具有战略意义。通过在去除开关信号后利用电阻水平的逐渐放松，忆阻器可以定性地再现生物突触的短期可塑性行为。为此，已经提出了各种基于纳米制造的金属氧化物半导体堆栈的忆阻器。在这里，我们介绍了一种不同的制造方法，该方法基于以双层平面配置沉积的簇组装纳米结构氧化锆和金薄膜（ns-Au / ZrO x）。该装置表现出具有短期记忆和增强/抑制的忆阻行为。观察到的松弛可以用拉伸指数函数来描述。此外，在重复脉冲应用下，短期现象的特征时间会动态变化。我们的纳米结构装置的特点是与其他纳米级忆阻装置相比，导电路径长度明显更长；氧化锆纳米结构薄膜的使用使得该装置与神经元细胞培养兼容。
忆阻材料、器件和系统的最新进展和未来前景
摘要：忆阻技术已迅速崛起，成为传统 CMOS 技术的潜在替代品，而传统 CMOS 技术在发展过程中面临着根本性的限制。自 2008 年氧化物基电阻开关被证明可用作忆阻器以来，忆阻器件因其仿生记忆特性而备受关注，有望显著改善计算应用的功耗。本文，我们全面概述了忆阻技术的最新进展，包括忆阻器件、理论、算法、架构和系统。此外，我们还讨论了忆阻技术各种应用的研究方向，包括人工智能硬件加速器、传感器内计算和概率计算。最后，我们对忆阻技术的未来进行了前瞻性展望，概述了该领域进一步研究和创新的挑战和机遇。通过提供忆阻技术最新进展的最新概述，本综述旨在为该领域的进一步研究提供信息和启发。关键词：忆阻器、内存计算、电阻开关存储器、铁电存储器、相变存储器、离子插层电阻、记忆晶体管、神经形态计算、传感器内计算
用于下一代零链可追溯性 SI 标准的本征室温量子电阻忆阻器
图 2 | 通过电化学抛光稳定的量子电导能级。a. 忆阻单元中的 SET 过程示意图，该过程是一种电化学驱动过程，且尖端形成的电场进一步加速了这一过程。细丝生长过程中的恶劣条件通常会导致量子电导能级的高度不可预测性和多变性。b. RESET 过程中的电化学抛光效应能够通过首先去除/溶解接触配置中的不稳定原子而保留更稳定的原子来获得更可靠的量子电导能级。在此框架中，系统通过离散的电导能级从低阻态 (LRS) 演变为中间亚稳态电阻态 (MRS) 再演变为量子点接触 (QPC)。在 RESET 过程中，不稳定的原子将从细丝中去除，留下最稳定的原子形成稳定的 QPC。c.循环示例：通过 100 mV/s 的电压扫描速率获得突然 SET，通过慢速电压扫描（1.2 mV/s）通过电化学抛光获得逐渐 RESET。d. 通过电化学抛光获得的 RESET 过程显示稳定的量子电导平台，为 𝐺 0 的倍数。插图显示了扫描施加电压时量子电导平台随时间的稳定性。