寧波大學(xué)胡子陽(yáng)ACS：利用準(zhǔn)2D鈣鈦礦憶阻器中的雙電阻開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)集成非易失性存儲(chǔ)器、突觸仿真和儲(chǔ)層計(jì)算，助力神經(jīng)形態(tài)計(jì)算發(fā)展

人工智能（AI）算法對(duì)計(jì)算能力的需求日益增長(zhǎng)，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)的承載能力。面對(duì)這一挑戰(zhàn)，寧波大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的胡子陽(yáng)教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)積極探索新型材料和計(jì)算范式，以期找到解決方案。他們發(fā)現(xiàn)，集成多種阻變（RS）行為的憶阻器為開(kāi)發(fā)新型計(jì)算架構(gòu)提供了一條**潛力的途徑。

在本研究中，胡子陽(yáng)教授團(tuán)隊(duì)在準(zhǔn)二維鈣鈦礦憶阻器（Q-2DPM）中成功實(shí)現(xiàn)了易失性和非易失性RS行為的共存。作為非易失性存儲(chǔ)器，Q-2DPM展現(xiàn)出了**的性能。該團(tuán)隊(duì)不僅在Q-2DPM上成功模擬了興奮性突觸后電流（EPSC）、配對(duì)脈沖易化（PPF）以及長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)/抑制（LTP/LTD）等多種突觸功能，證明了其復(fù)制生物突觸動(dòng)態(tài)特性的能力，還通過(guò)利用Q-2DPM的電導(dǎo)狀態(tài)構(gòu)建了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并驗(yàn)證了這些器件在集成到交叉陣列中用于高精度MNIST數(shù)字識(shí)別任務(wù)時(shí)的巨大潛力。在125個(gè)訓(xùn)練周期后，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了約92.17%的識(shí)別準(zhǔn)確率，這充分凸顯了Q-2DPM在神經(jīng)形態(tài)計(jì)算中的有效性。

此外，胡子陽(yáng)教授團(tuán)隊(duì)還深入探索了歸因于鹵素離子遷移和自摻雜效應(yīng)形成的易失性RS行為在物理儲(chǔ)層計(jì)算（RC）中的應(yīng)用。他們發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)對(duì)時(shí)變輸入具有出色的高保真分類能力，并且在處理現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)變異性時(shí)表現(xiàn)出極高的魯棒性，這一點(diǎn)通過(guò)其成功分類帶有噪聲的數(shù)字圖像得到了證明。

為了更深入地理解Q-2DPM的工作原理，該團(tuán)隊(duì)還利用電化學(xué)阻抗譜（EIS）和雙對(duì)數(shù)曲線擬合等方法，對(duì)Q-2DPM內(nèi)部的雙重RS機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)的闡明。這些研究不僅為憶阻器的RS行為提供了新的見(jiàn)解，還展示了在單一設(shè)備內(nèi)集成多樣RS行為的可行性，為通用計(jì)算單元的發(fā)展鋪平了道路。

Q-2DPM的多功能集成代表了神經(jīng)形態(tài)硬件架構(gòu)的一個(gè)有前景的方向，為實(shí)現(xiàn)支持復(fù)雜AI算法的高效能、高密度計(jì)算平臺(tái)提供了可能。展望未來(lái)，胡子陽(yáng)教授團(tuán)隊(duì)表示，Q-2DPM的陣列化和片上神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)等進(jìn)展具有巨大的潛力。鈣鈦礦的**光電特性使得Q-2DPM的開(kāi)發(fā)成為可能，這為傳感器內(nèi)計(jì)算等應(yīng)用開(kāi)辟了令人興奮的新機(jī)遇。他們的研究成果不僅為神經(jīng)形態(tài)計(jì)算領(lǐng)域帶來(lái)了創(chuàng)新性的突破，也為下一代計(jì)算技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)信息：

Leveraging Dual Resistive Switching in Quasi-2D Perovskite Memristors for Integrated Non-volatile Memory, Synaptic Emulation, and Reservoir Computing

Zhenwang Luo，Weisheng Wang，Junhui Wu，Guohua Ma，Yanna Hou，Cheng Yang，

Xu Wang，F(xiàn)ei Zheng，Zhenfu Zhao，Ziqi Zhao，Liqiang Zhu，Ziyang Hu

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c21159

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