Yüz milyonlarca elektronik sinaps (Şekil 1A) ile birbirine bağlı milyonlarca elektronik nörondan yapılmış olan yapay sinir ağlarının (YSA) donanım uygulamaları, bazı küçük ölçekli veri yoğun hesaplama görevlerindeki klasik bilgisayarlardan daha yüksek enerji verimliliği elde etti.1. Intel's Loihi gibi geleneksel dijital CMOS VLSI nöromorfik devrelerinde2 veya IBM'in Northpole3nöron ve sinaptik devre blokları tipik olarak farklı biyo-ilham alan nöral ve sinaptik davranış modellerini taklit etmek için düzinelerce transistör (Şekil 1A) içerir. Senkron akümülatörlere ve karşılaştırıcılara, sinaptik durumları depolamak için yoğun ve enerji aç bellek bloklarına ve her yapı bloğunun zaman alanı dinamiklerini tanımlayan büyük arama tablolarına güvenirler. Yapay bir sinir ağının yüz binden fazla nöron ve on milyon sinaps içerebileceği göz önüne alındığında, bu, en son teknoloji düğümlerinin uygulanabilir olmasını gerektiren büyük silikon uygulamalarına neden olur (alan, maliyet ve performans açısından).
Bu nedenle, elektronik nöronların ve sinapsların yapısını basitleştirmek, daha verimli nöromorfik devrelere bir yol olabilir. Burada, standart CMOS cihazlarında ve iyi bilinen cihaz fiziğinden nasıl yararlanmanın (Şekil 1C), tek bir transistörün nöromorfik devreler için hem sinaptik hem de nöral davranışları taklit edebileceğini bildiriyoruz. Basit, kompakt ve ölçeklenebilir 2-transistör hücresi ve standart CMOS transistörlerinde iyi bilinen yüzen vücut efektlerini elektriksel olarak uyarlayarak, devre-synapigable nöro-sinaptik cihaz-nöro-sinaptik rastgele erişim bellek (Şekil 1B) (Şekil 1B) oluşturmak için darbe ve yük yakalama kullanmayı başardık.
Anahtar, yüzen vücut mosfet cihazları için yaygın olan “yumruk-etkisi iyonizasyonu” adı verilen fiziksel bir fenomeni uyarlamak için toplu terminalin direncini belirli bir değere ayarlamaktır.4 (Şekil 1C), bir elektronik nöron aktive edildiğinde olana çok benzer bir akım artışı üretir (Şekil 1D). Bu ani ateşleme, zamanlama dinamiklerinin (yani entegrasyon ve gevşeme süreleri, eşik potansiyelleri) her bir nörona doğru yükselme için olağanüstü bir dereceye ayarlanmasına izin veren, yığın bağlantılı bir transistör (Şekil 1B) yoluyla kontrol edilebilir. Bu süreç sağlam, tekrarlanabilir ve iyi bilinen fiziğe dayanarak, uçucu memristörler gibi diğer gelişmekte olan teknolojilere kıyasla zaman içinde bir güvenilirlik avantajı (Şekil 1E).
Ek olarak, diğer spesifik değerlere yığın direncini ayarlayarak, transistör yükü kapı oksitinde (Şekil 1F) saklayabilir, bu da transistörün direncinin zamanla devam etmesine neden olabilir (Şekil 1G), elektronik bir sinaps davranışını taklit eder. Bu davranış, yüzen kapılara veya thrapy oksitlere dayanan ve gömülü bellek pazarında ortaya çıkan bazı Memristor teknolojilerine dayanan bazı gömülü şarj tutma bellek cihazlarından daha iyi olan 100 binden fazla döngü sürdürülebilir. Prensip olarak, tek bir transistör, büyük alan faydalarına katılan ikili/dijital bir sinaps rolünü oynamak için bir SRAM hücresinin (en azından 6 transistör) yerini alabilir.
Fiziksel “etki iyonizasyonu” olgusu geleneksel olarak silikon transistörlerde bir başarısızlık mekanizması olarak kabul edildi, ancak ekibimiz onu kontrol etmeyi ve sektör için son derece değerli bir uygulamaya dönüştürmeyi başardı. Bu yaklaşım, orada neredeyse tüm CMOS teknolojilerini kullanarak nöromorfik cihaz ve devre tasarımı için büyük bir fırsat penceresi açarak sektör için çekici bir uygulama haline getiriyor. Olanaklar sonsuz ve bunu çok heyecan verici buluyorum! Umarım kağıdı beğenirsiniz ve onu da heyecan verici bulursunuz.
Referanslar
- Mehonic, A. & Kenyon, AJ Beyin'den ilham alan bilgi işlemin bir ana plana ihtiyacı var. Nature 604, 255-260 (2022).
- Orchard, G. ve ark. Proc. 2021 IEEE Sinyal İşleme Sistemleri (SIP'ler) Çalıştayı (Eds Sousa, L. & Sheikh, F.) 254-259 (IEEE, 2021).
- Cassidy, ve ark. 11.4 IBM Northpole: 12nm çip ile sinir ağı çıkarım için bir mimari. Proc. 2024 IEEE Uluslararası Katı Hal Devreleri Konferansı (ISSCC) Vol. 67 (ed. O'Mahony, F.) 214-215 (IEEE, 2024).
- Moselund, Ke ve ark. Yumruk etkisi iyonizasyon mosfet (pimos): cihaz prensibinden uygulamalara. Katı hal elektronu. 52, 1336–1344 (2008).
Bir yanıt yazın