近日，復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院教授周鵬團(tuán)隊(duì)與中科院上海技術(shù)物理研究所研究員胡偉達(dá)團(tuán)隊(duì)合作，利用二維原子晶體的雙極性固有特征，實(shí)現(xiàn)了單晶體管基非線(xiàn)性邏輯運(yùn)算，為高性能低功耗智能系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的技術(shù)途徑。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然—電子學(xué)》。

人腦在20瓦特的能量消耗下即可進(jìn)行高度智能計(jì)算，其主要原因在于單個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞具備多種線(xiàn)性和非線(xiàn)性運(yùn)算功能。長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家一直采用傳統(tǒng)晶體管電路模擬人腦中的突觸及神經(jīng)元功能實(shí)現(xiàn)神經(jīng)形態(tài)計(jì)算。然而，布爾邏輯運(yùn)算需要多個(gè)器件組合才能實(shí)現(xiàn)，不僅硬件資源開(kāi)銷(xiāo)大，而且信息處理過(guò)程極為耗能，遠(yuǎn)不及神經(jīng)元細(xì)胞計(jì)算的高效性。

在由傳統(tǒng)器件構(gòu)成的系統(tǒng)中，隨著突觸或神經(jīng)元單元增多，所需晶體管數(shù)目呈指數(shù)式增長(zhǎng)，嚴(yán)重制約了類(lèi)腦神經(jīng)形態(tài)計(jì)算芯片的快速發(fā)展。因此，從實(shí)現(xiàn)人腦神經(jīng)元功能出發(fā)，利用單晶體管獲得非線(xiàn)性計(jì)算能力，有望構(gòu)建真正意義上的“電子大腦”，實(shí)現(xiàn)高性能、低功耗的智能計(jì)算。

針對(duì)具有重大需求的類(lèi)腦神經(jīng)形態(tài)技術(shù)，周鵬與胡偉達(dá)團(tuán)隊(duì)引入了二維材料的獨(dú)特非摻雜極性特征，提出的新型類(lèi)神經(jīng)元邏輯晶體管在器件、系統(tǒng)層面上都展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：不同極性(雙極性硒化鎢、n型硫化鉬以及p型黑磷)的單晶體管可模擬神經(jīng)元細(xì)胞實(shí)現(xiàn)完整的布爾邏輯操作;基于不同新型器件的組合可進(jìn)一步構(gòu)建高面積效率邏輯電路，物理面積節(jié)約最高可以達(dá)78%;同時(shí)，新型類(lèi)神經(jīng)元邏輯器件可以構(gòu)建三維“同或”邏輯陣列，將其應(yīng)用于二值卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(BCNN)，仿真計(jì)算表示在同一技術(shù)平臺(tái)上，該網(wǎng)絡(luò)計(jì)算效率已經(jīng)超過(guò)由憶阻器存算一體技術(shù)構(gòu)成的BCNN效率。

研究人員表示，目前基于類(lèi)神經(jīng)晶體管邏輯門(mén)的BCNN芯片正在推進(jìn)實(shí)現(xiàn)中，具有可媲美腦計(jì)算的高功能密度、高效率以及低功耗等特點(diǎn)，將進(jìn)一步滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等應(yīng)用的發(fā)展需求。

標(biāo)簽： 科學(xué)家 發(fā)明 腦計(jì)算 新器件