【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，《‌自然·電子學(xué)》(Nature Electronics)在線發(fā)表了物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院何軍教授課題組在阻性神經(jīng)形態(tài)計(jì)算硬件方面的最新進(jìn)展，論文題為“Memristors with analogue switching andhigh on/off ratios using a van der Waals metallic cathode”。武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李葉生副研究員和武漢理工大學(xué)熊遙老師為該論文共同第一作者，何軍教授和李葉生副研究員為共同通訊作者，武漢大學(xué)為第一署名單位。
 

　　隨著人工智能(AI)的飛速發(fā)展，尤其是ChatGPT等大模型的應(yīng)用，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆炸式的增長(zhǎng)，對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的算力和能效提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?；趹涀杵鞯纳窠?jīng)形態(tài)計(jì)算硬件因?yàn)槠漕嵏残缘牟⑿写嫠闳诤夏芰湍M計(jì)算范式為AI提供有希望的解決方案。高效的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算需要具有大開/關(guān)比和大量可區(qū)分阻態(tài)的模擬憶阻器。然而，主流的離子型憶阻器存在開/關(guān)比和模擬阻性行為之間的權(quán)衡，即大開/關(guān)比總是伴隨著突變的阻性行為和有限的阻態(tài)，而模擬阻性行為和小開/關(guān)比總是如影隨形，很難獲得大量可調(diào)制的阻態(tài)和高權(quán)重映射能力。同時(shí)實(shí)現(xiàn)大模擬開/關(guān)比和多阻態(tài)面臨挑戰(zhàn)。
 

　　常規(guī)的器件改性策略集中于阻性層和陽極的改性上，很難兼顧開/關(guān)比和模擬阻性行為，對(duì)于憶阻器陰極的設(shè)計(jì)和改性則很少被研究。何軍教授研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出采用允許離子插入/脫插的二維(2D)范德華(vdW)金屬材料作為憶阻器陰極的策略，可以解決高開/關(guān)比與模擬阻性行為之間的矛盾。與傳統(tǒng)阻礙離子滲透的惰性陰極不同，金屬性2DvdW陰極允許原位的離子插入/脫插，由此引入額外的高擴(kuò)散勢(shì)壘來調(diào)控離子的運(yùn)動(dòng)，獲得模擬阻性行為。與常規(guī)策略不同，這種vdW金屬陰極的方法不會(huì)犧牲開/關(guān)比，可以在保持高達(dá)108的開關(guān)比的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)超過8位的阻態(tài)和低至aJ級(jí)別的超低功耗。大開關(guān)比多阻態(tài)的模擬阻性行為確保了高精度芯片級(jí)別的卷積圖像處理任務(wù)的成功執(zhí)行，充分展示了基于2DvdW陰極策略的模擬阻性神經(jīng)形態(tài)計(jì)算硬件在人工智能應(yīng)用的潛力。
 

　　該工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金和湖北省自然科學(xué)基金的經(jīng)費(fèi)支持，同時(shí)也受到武漢大學(xué)電鏡中心和武漢大學(xué)科研公共服務(wù)平臺(tái)的支持。新聞網(wǎng)訊(通訊員物軒)