Teastaíonn córais ríomhaireachta dhlúth, íseal-fhola, ísealchumhachta de dhíth le hiarratais phróiseála sonraí sa saol fíor.Agus cumais ríomhaireachta á dtiomáint ag imeachtaí, cuireann ailtireachtaí néaramorfacha cuimhneacháin hibrideacha miotail-ocsaíd-leathsheoltóra comhlántacha bunús crua-earraí idéalach ar fáil do thascanna den sórt sin.Chun acmhainneacht iomlán na gcóras sin a léiriú, molaimid agus léireoimid go turgnamhach réiteach próiseála braite cuimsitheach d'fheidhmchláir logánaithe réad san fhíorshaol.Ag tarraingt inspioráid ó néar-anatamaíocht na sceallóga sciobóil, tá córas logánaithe réad bioinspired-tiomáinte ag imeacht forbartha againn a chomhcheanglaíonn trasduchtóir micrmheicniúil piezoelectric den chéad scoth le cuimhne fhriotach néaramorfach ríomhbhunaithe graf-bhunaithe.Taispeánaimid tomhais ar chóras déanta a chuimsíonn brathadóir comhtharlú resistive cuimhne-bhunaithe, ciorcadra líne moille, agus trasduchtóir ultrasonaic atá in-saincheaptha go hiomlán.Bainimid úsáid as na torthaí turgnamhacha seo chun insamhaltaí a chalabrú ar leibhéal an chórais.Úsáidtear na insamhaltaí seo ansin chun taifeach uilleach agus éifeachtúlacht fuinnimh na samhla logánaithe réad a mheas.Léiríonn na torthaí gur féidir lenár gcur chuige roinnt orduithe méide a bheith níos tíosaí ar fhuinneamh ná na micrea-rialaitheoirí a dhéanann an tasc céanna.
Táimid ag dul isteach i ré na ríomhaireachta uileláithreach ina bhfuil líon na ngléasanna agus na gcóras atá á n-imscaradh ag méadú go heaspónantúil chun cabhrú linn inár saol laethúil.Táthar ag súil go n-oibreoidh na córais seo go leanúnach, ag úsáid chomh beag cumhachta agus is féidir agus iad ag foghlaim conas na sonraí a bhailíonn siad ó bhraiteoirí iolracha a léirmhíniú i bhfíor-am agus aschur dénártha a tháirgeadh mar thoradh ar thascanna aicmithe nó aitheantais.Ceann de na céimeanna is tábhachtaí atá ag teastáil chun an sprioc seo a bhaint amach ná faisnéis úsáideach agus dhlúth a bhaint as sonraí céadfacha torannacha agus neamhiomlána go minic.De ghnáth déanann cur chuige innealtóireachta traidisiúnta samplaí de chomharthaí braiteora ar ráta tairiseach agus ard, rud a ghineann méideanna móra sonraí fiú in éagmais ionchuir úsáideacha.Ina theannta sin, úsáideann na modhanna seo teicnící casta próiseála comhartha digiteacha chun na sonraí ionchuir (go minic torannach) a réamh-phróiseáil.Ina áit sin, cuireann an bhitheolaíocht réitigh mhalartacha ar fáil chun sonraí céadfacha callánacha a phróiseáil trí úsáid a bhaint as cuir chuige atá tíosach ar fhuinneamh, asincrónach, bunaithe ar imeachtaí (spikes)2,3.Bíonn córais bhitheolaíocha inspioráid ag ríomhaireacht neuromorphic chun costais ríomhaireachtúla a laghdú i dtéarmaí riachtanais fuinnimh agus chuimhne i gcomparáid le modhanna próiseála comharthaí traidisiúnta4,5,6.Le déanaí, léiríodh córais nuálacha chun críche ginearálta inchinn-bhunaithe a chuireann líonraí néarúla ríogacha chun feidhme (TrueNorth7, BrainScaleS8, DYNAP-SE9, Loihi10, Spinnaker11).Soláthraíonn na próiseálaithe seo réitigh ísealchumhachta, latency íseal le haghaidh foghlama meaisín agus samhaltú ciorcad cortical.Chun a n-éifeachtúlacht fuinnimh a shaothrú go hiomlán, ní mór na próiseálaithe néaramorfacha seo a bheith ceangailte go díreach le braiteoirí faoi thionchar imeachtaí12,13.Mar sin féin, inniu níl ach cúpla gléas tadhaill ann a sholáthraíonn sonraí faoi stiúir imeachtaí go díreach.Samplaí feiceálach is ea braiteoirí dinimiciúla amhairc (DVS) d’fheidhmchláir fhíse cosúil le rianú agus braite gluaisne14,15,16,17 an cochlea sileacain18 agus braiteoirí cloisteála néaramorfacha (NAS)19 le haghaidh próiseála comhartha cloisteála, braiteoirí olfactory20 agus samplaí iomadúla21,22 tadhaill..braiteoirí uigeachta.
Sa pháipéar seo, cuirimid i láthair córas próiseála cloisteála nuafhorbartha faoi stiúir imeachtaí a chuirtear i bhfeidhm ar logánú réad.Anseo, den chéad uair, déanaimid cur síos ar chóras ceann go ceann le haghaidh logánú réad a fhaightear trí thrasduchtóir ultrasonaic piezoelectric micromachined (pMUT) úrscothach a nascadh le graf ríomhaireachtúil atá bunaithe ar chuimhne fhriotaíoch néaramorfach (RRAM).Is réiteach tuar dóchais inti iad ailtireachtaí ríomhaireachta cuimhneacháin a úsáideann RRAM chun tomhaltas cumhachta a laghdú23,24,25,26,27,28,29.Tá a n-neamh-luaineacht dhúchasach - nach dteastaíonn tomhaltas gníomhach cumhachta uathu chun faisnéis a stóráil nó a nuashonrú - ag teacht go foirfe le nádúr asincrónach, faoi thionchar imeachtaí na ríomhaireachta néaramorfaí, rud a fhágann nach bhfuil aon tomhaltas cumhachta beagnach ar bith ann nuair a bhíonn an córas díomhaoin.Is trasduchtóirí ultrasonaic miniaturized micromachined ultrasonaic (pMUTs) saor, sileacain-bhunaithe iad in ann gníomhú mar tharchuradóirí agus glacadóirí30,31,32,33,34.Chun na comharthaí a fhaigheann na braiteoirí ionsuite a phróiseáil, tharraingeamar inspioráid ó néar-anatamaíocht na scréachóige35,36,37.Tá cáil ar an sceach gheal Tyto alba as a chumais iontacha seilge oíche a bhuíochas do chóras logánaithe éisteachta an-éifeachtach.Chun suíomh na creiche a ríomh, ionchódaíonn córas logánaithe na sceach gheal an t-am eitilte (ToF) nuair a shroicheann tonnta fuaime ón gcreach gach ceann de chluasa nó gabhdóirí fuaime an ulchabháin.Mar gheall ar an achar idir na cluasa, de bharr an difríocht idir an dá thomhas ToF (Difríocht Ama Interaural, ITD) is féidir suíomh azimuth an sprice a ríomh go hanailíseach.Cé nach n-oireann córais bhitheolaíocha go dona chun cothromóidí ailgéabracha a réiteach, is féidir leo fadhbanna logánaithe a réiteach go han-éifeachtach.Úsáideann néarchóras na scréachóige scioból sraith de bhrathadóir comhtharlaithe (CD)35 néaróin (.i. néaróin atá in ann comhghaolú ama a bhrath idir spící a shíneann síos go foircinn spreagúla coinbhéirseacha)38,39 arna n-eagrú ina ngraif ríomhaireachtúla chun fadhbanna suímh a réiteach.
Tá sé léirithe ag taighde roimhe seo gur modh éifeachtach é crua-earraí comhlántacha miotail-ocsaíd-leathsheoltóra (CMOS) agus crua-earraí néaramorfacha bunaithe ar RRAM atá spreagtha ag an colliculus inferior (“cortex éisteachta”) den owl scioból chun suíomh a ríomh ag baint úsáide as ITD13, 40, 41, 42, 43 , 44, 45, 46. Mar sin féin, tá an poitéinseal atá ag córais néaramorfacha iomlána a nascann leideanna cloisteála le graif ríomhaireachta néaramorfacha le sonrú go fóill.Is í an phríomhfhadhb ná éagsúlacht bhunúsach ciorcaid analógacha CMOS, rud a chuireann isteach ar chruinneas braite meaitseála.Le déanaí, léiríodh cur i bhfeidhm uimhriúil eile ar mheastacháin ITD47.Sa pháipéar seo, tá sé beartaithe againn cumas RRAM a úsáid chun an luach seoltachta a athrú ar bhealach neamh-luaineach chun dul i ngleic le héagsúlacht i gciorcaid analógacha.Chuireamar córas turgnamhach i bhfeidhm a bhí comhdhéanta de membrane tarchuir pMUT amháin ag feidhmiú ag minicíocht 111.9 kHz, dhá seicní glactha pMUT (braiteoirí) ag ionsamhladh chluasa scréachóige, agus ceann amháin .Thugamar tréithe turgnamhacha don chóras braite pMUT agus graf ríomhaireachtúil ITD bunaithe ar RRAM chun ár gcóras logánaithe a thástáil agus a thaifeach uilleach a mheas.
Déanaimid ár modh a chur i gcomparáid le cur i bhfeidhm digiteach ar mhicririaltóir a dhéanann an tasc logánaithe céanna ag baint úsáide as gnáthmhodhanna beamforming nó neuromorphic, chomh maith le sraith geata allamuigh in-ríomhchláraithe (FPGA) le haghaidh meastachán ITD atá molta sa tagairt.47. Cuireann an chomparáid seo béim ar éifeachtúlacht chumhachta iomaíoch an chórais analógach néaramorfach bunaithe ar RRAM.
Tá ceann de na samplaí is suntasaí de chóras logánaithe réad cruinn agus éifeachtach le fáil sa sceach gheal35,37,48.Le breacadh an lae, braitheann an owl sciobóil (Tyto Alba) go príomha ar éisteacht éighníomhach, ag cuardach go gníomhach le creach bheag ar nós an valla nó lucha.Is féidir leis na saineolaithe cloisteála seo comharthaí cloisteála a logánú ó chreiche le cruinneas iontach (thart ar 2°)35, mar a thaispeántar i bhFíor 1a.Tá sé le tuiscint ag sceach gheala suíomh na bhfoinsí fuaime san eitleán Azimuth (cothrománach) ón difríocht in am eitilte isteach (ITD) ón bhfoinse fuaime go dtí an dá chluas.Mhol Jeffress49,50 an mheicníocht ríomhaireachtúil ITD a bhraitheann ar chéimseata néarúil agus a éilíonn dhá phríomh-chomhpháirt: axon, snáithín nerve néaróin ag gníomhú mar líne moille, agus sraith de néaróin braite comhtharlaithe eagraithe i gcóras ríomhaireachtúil.graf mar a thaispeántar i bhFíor 1b.Sroicheann an fhuaim an chluas le moill ama ag brath ar azimuth (ITD).Tiontaítear an fhuaim ansin ina phatrún spíce i ngach cluas.Feidhmíonn axons na gcluasa clé agus ar dheis mar línte moille agus coinbhéirsíonn siad ar néaróin CD.Go teoiriciúil, ní bhfaighidh ach néaróin amháin i sraith de néaróin chomhoiriúnaithe ionchur ag an am (nuair a chealaítear go díreach an mhoill) agus tine uasta (cuirfidh cealla comharsanacha dóiteáin freisin, ach ag minicíocht níos ísle).Trí néaróin áirithe a ghníomhachtú, ionchódaítear suíomh an sprice sa spás gan an ITD a thiontú go uillinneacha.Déantar achoimre ar an gcoincheap seo i bhFíor 1c: mar shampla, má tá an fhuaim ag teacht ón taobh dheis nuair a thaistealaíonn an comhartha ionchuir ón gcluas ceart cosán níos faide ná an cosán ón gcluas clé, mar chúiteamh ar líon na n-ITDanna, mar shampla, nuair a mheaitseálann néaróin 2.I bhfocail eile, freagraíonn gach CD do ITD áirithe (ar a dtugtar freisin mar mhoill optamach) mar gheall ar mhoill axonal.Mar sin, athraíonn an inchinn faisnéis ama go faisnéis spásúil.Fuarthas fianaise anatamaíoch don mheicníocht seo37,51.Stórálann néaróin mhacranúicléas céim-ghlas faisnéis ama faoi fhuaimeanna ag teacht isteach: mar a thugann a n-ainm le tuiscint, tineann siad ag céimeanna comharthaí áirithe.Is féidir néaróin braite comhtharlú de mhúnla Jeffress a fháil sa chroílár laminach.Faigheann siad faisnéis ó néaróin mhacr-núicléacha, a bhfuil a n-aisíní ag feidhmiú mar línte moille.Is féidir an méid moille a sholáthraíonn an líne moille a mhíniú trí fhad an axon, chomh maith le patrún myelination eile a athraíonn an treoluas seolta.Spreagtha ag córas cloisteála na sceach gheal, tá córas bithimiméadach forbartha againn chun rudaí a logánú.Déanann dhá ghlacadóir pMUT ionadaíocht ar an dá chluas.Is é an fhoinse fuaime ná an tarchuradóir pMUT atá suite eatarthu (Fíor 1a), agus déantar an graf ríomhaireachtúil trí ghreille de chiorcaid CD RRAM-bhunaithe (Fíor 1b, glas), ag imirt ról na néaróin CD a bhfuil a n-ionchuir moillithe.tríd an gciorcad, gníomhaíonn na línte moille (gorm) cosúil le haacsóin sa chontrapháirt bitheolaíoch.Tá minicíocht oibriúcháin an chórais céadfach atá beartaithe difriúil ó mhinicíocht oibriúcháin an owl, a n-oibríonn a córas cloisteála sa raon 1–8 kHz, ach úsáidtear braiteoirí pMUT a oibríonn thart ar 117 kHz san obair seo.Déantar roghnú trasducer ultrasonaic a mheas de réir critéar teicniúil agus optamaithe.Ar an gcéad dul síos, má dhéantar an bandaleithead glactha a theorannú go minicíocht amháin, feabhsaíonn sé cruinneas tomhais agus simplítear an chéim iar-phróiseála.Ina theannta sin, tá sé de bhuntáiste ag an oibríocht ultrafhuaime nach bhfuil na bíoga astaithe inchloiste, mar sin ná cuir isteach ar dhaoine, toisc go bhfuil a raon éisteachta ~20-20 kHz.
Faigheann an owl scioból tonnta fuaime ó thargaid, sa chás seo ag gluaiseacht chreiche.Tá an t-am eitilte (ToF) den fhuaimtonn difriúil do gach cluas (mura bhfuil an chreiche díreach os comhair an ulchabháin).Taispeánann an líne poncaithe an cosán a thógann tonnta fuaime chun cluasa an sceach gheal a bhaint amach.Is féidir creiche a logánú go cruinn sa phlána cothrománach bunaithe ar an difríocht faid idir an dá chosán fuaimiúil agus an difríocht ama idirthurais chomhfhreagrach (ITD) (íomhá ar chlé spreagtha ag tag. 74, cóipcheart 2002, Society for Neuroscience).Inár gcóras, gineann an tarchuradóir pMUT (gorm dorcha) tonnta fuaime a preabann as an sprioc.Faigheann dhá ghlacadóir pMUT (glas éadrom) tonnta ultrafhuaime frithchaite agus próiseáiltear iad ag an bpróiseálaí neuromorphic (ar dheis).b Samhail ríomhaireachtúil ITD (Jeffress) a chuireann síos ar an gcaoi a ndéantar fuaimeanna a théann isteach i gcluasa na sceach gheal a ionchódú ar dtús mar spící céim-ghlasáilte sa núicléas mór (NM) agus ansin ag baint úsáide as eangach atá socraithe go geoiméadrach de néaróin brathadóireachta comhoiriúnaithe sa núicléas lamellar.Próiseáil (An Ísiltír) (ar chlé).Léiriú ar ghraf ríomhaireachtúil neuroITD a chomhcheanglaíonn línte moille agus néaróin braite comhtharlaithe, is féidir an córas bithbhraite owl a shamhaltú trí úsáid a bhaint as ciorcaid néaramorfacha bunaithe ar RRAM (ar dheis).c Scéimreach de phríomh-mheicníocht Jeffress, mar gheall ar an difríocht i ToF, faigheann an dá chluas spreagthaí fuaime ag amanna éagsúla agus cuireann siad axons ón dá cheann chuig an brathadóir.Is cuid de shraith néaróin braite comhtharlaithe (CD) iad na haacsóin, agus freagraíonn gach ceann acu go roghnach d’ionchuir láidre ama-chomhghaolmhara.Mar thoradh air sin, ní dhéantar ach na dlúthdhioscaí a bhfuil an difríocht ama is lú ag baint leo a bheith ag baint an oiread agus is féidir as (déantar cúiteamh díreach ar ITD).Ansin ionchódóidh an CD suíomh uilleach an sprice.
Is trasduchtóirí ultrasonaic inscálaithe iad trasducers ultrasonaic micrmheicniúla piezoelectric ar féidir iad a chomhtháthú le teicneolaíocht CMOS chun cinn31,32,33,52 agus tá voltas tosaigh agus tomhaltas cumhachta níos ísle acu ná na trasduchtóirí toirtmhéadracha traidisiúnta53.Inár gcuid oibre, is é 880 µm trastomhas an scannáin, agus déantar an minicíocht athshondach a dháileadh sa raon 110-117 kHz (Fíor 2a, féach Modhanna le haghaidh sonraí).I mbaisc de dheich bhfeiste tástála, bhí an meánfhachtóir cáilíochta thart ar 50 (tag. 31).Tá aibíocht thionsclaíoch bainte amach ag an teicneolaíocht agus níl sí bioinspired per se.Is teicníocht aitheanta é faisnéis ó scannáin éagsúla pMUT a chomhcheangal, agus is féidir faisnéis uillinne a fháil ó pMUTanna trí úsáid a bhaint as, mar shampla, teicnící foirmithe beam31,54.Mar sin féin, níl an phróiseáil comhartha a theastaíonn chun an fhaisnéis uillinn a bhaint as oiriúnach le haghaidh tomhais ísealchumhachta.Comhcheanglaíonn an córas atá beartaithe an ciorcad réamhphróiseála sonraí neuromorphic pMUT le graf ríomhaireachta neuromorphic bunaithe ar RRAM arna spreagadh ag samhail Jeffress (Fíor 2c), ag soláthar réiteach crua-earraí eile atá tíosach ar fhuinneamh agus atá srianta ó thaobh acmhainní de.Rinneamar turgnamh inar cuireadh dhá braiteoir pMUT thart ar 10 cm óna chéile chun leas a bhaint as na fuaimeanna éagsúla ToF a fuair an dá scannán glactha.Suíonn pMUT amháin a fheidhmíonn mar tharchuradóir idir na glacadóirí.Ba é an sprioc pláta PVC 12 cm ar leithead, suite ag fad D os comhair an fheiste pMUT (Fíor 2b).Taifeadann an glacadóir an fhuaim a fhrithchaitear ón oibiacht agus imoibríonn sé oiread agus is féidir le linn rith na fuaimthonnta.Déan an turgnamh arís trí shuíomh an ruda a athrú, arna chinneadh ag an bhfad D agus an uillinn θ.Spreagtha ag nasc.55, molaimid réamhphróiseáil neuromorphic de chomharthaí amh pMUT chun tonnta frithchaite a thiontú ina mbuanna chun graf ríomh néaramorfach a ionchur.Baintear an ToF a fhreagraíonn don bhuaic aimplitiúid as gach ceann den dá chainéal agus déantar é a ionchódú mar uainiú beacht na mbuaiceanna aonair.Ar fig.Taispeánann 2c an ciorcadóireacht atá ag teastáil chun an braiteoir pMUT a chomhéadan le graf ríomhaireachtúil RRAM-bhunaithe: do gach ceann den dá ghlacadóir pMUT, tá an comhartha amh a scagadh pas-bhanna go réidh, a cheartú, agus ansin a chur ar aghaidh chuig an integrator leaky i mód shárú.Cruthaíonn an tairseach dinimiciúil (Fíor 2d) imeacht aschuir (spike) agus néaróin lámhaigh (LIF): ionchódaíonn an t-am spíce aschuir an t-am eitilte a bhraitear.Déantar an tairseach LIF a chalabrú in aghaidh na freagartha pMUT, rud a laghdóidh inathraitheacht PMUT ó fheiste go feiste.Leis an gcur chuige seo, in ionad an tonn fuaime iomlán a stóráil sa chuimhne agus í a phróiseáil níos déanaí, ní dhéanaimid ach buaic a ghiniúint a fhreagraíonn do ToF na toinne fuaime, a fhoirmíonn an t-ionchur don ghraf ríomhaireachtúil cuimhne resistive.Seoltar na spikes go díreach chuig na línte moille agus comhthreomhar le modúil braite meaitseála i ngraif ríomh néaramorfacha.Toisc go seoltar chuig geataí na trasraitheoirí iad, níl aon chiorcadaíocht aimpliúcháin bhreise ag teastáil (féach Fíor 4 Forlíontach le haghaidh sonraí).Chun cruinneas uilleach logánaithe a sholáthraíonn pMUT agus an modh próiseála comhartha atá beartaithe a mheas, rinneamar an ITD a thomhas (is é sin, an difríocht ama idir buaic-imeachtaí a ghineann dhá ghlacadóir) de réir mar a d'athraigh fad agus uillinn an ruda.Tiontaíodh an anailís ITD ansin go huillinneacha (féach Modhanna) agus breacadh í i gcoinne suíomh an ruda: mhéadaigh an éiginnteacht san ITD tomhaiste de réir achair agus uillinne leis an réad (Fíor 2e,f).Is í an phríomhfhadhb ná an cóimheas buaic-go-torann (PNR) sa fhreagra pMUT.Dá fhaide an réad, is ea is ísle an comhartha fuaimiúil, rud a laghdóidh an PNR (Fíor 2f, líne glas).Mar thoradh ar laghdú ar PNR tá méadú ar neamhchinnteacht sa mheastachán ITD, rud a fhágann go bhfuil méadú ar chruinneas logánaithe (Fíor 2f, líne ghorm).Maidir le réad atá fad 50 cm ón tarchuradóir, tá cruinneas uilleach an chórais timpeall 10 °.Is féidir an teorannú seo a fhorchuirtear le saintréithe an braiteora a fheabhsú.Mar shampla, is féidir an brú a chuireann an t-astaróir a mhéadú, rud a mhéadaíonn an voltas ag tiomáint an membrane pMUT.Réiteach eile chun an comhartha tarchurtha a aimpliú ná tarchuradóirí iolracha 56 a nascadh. Méadóidh na réitigh seo an raon braite ar chostas méadaithe fuinnimh.Is féidir feabhsuithe breise a dhéanamh ar an taobh glactha.Is féidir an t-urlár torainn glacadóra pMUT a laghdú go suntasach trí fheabhas a chur ar an nasc idir an pMUT agus an t-aimplitheoir chéad chéim, a dhéantar faoi láthair le naisc sreang agus cáblaí RJ45.
Íomhá de chriostail pMUT le sé sheicní 880 µm comhtháite ar pháirc 1.5 mm.b Léaráid den socrú tomhais.Tá an sprioc suite ag suíomh azimuth θ agus ag fad D. Gineann an tarchuradóir pMUT comhartha 117.6 kHz a preabann as an sprioc agus a shroicheann dhá ghlacadóir pMUT le ham eitilte difriúil (ToF).Ionchódaíonn an difríocht seo, a shainmhínítear mar an difríocht ama idir-cluaise (ITD), suíomh ruda agus is féidir é a mheas trí bhuaicfhreagairt an dá braiteoir glacadóra a mheas.c Scéimreach de chéimeanna réamhphróiseála chun an comhartha amh pMUT a thiontú ina sheichimh spíceacha (ie ionchur sa ghraf ríomh néaramorfach).Rinneadh na braiteoirí pMUT agus na graif ríomhaireachtúla neuromorphic a mhonarú agus a thástáil, agus tá an réamhphróiseáil neuromorphic bunaithe ar insamhalta bogearraí.d Freagairt an scannáin pMUT ar chomhartha a fháil agus é a chlaochlú go fearann spíc.e Cruinneas uilleach logánaithe turgnamhach mar fheidhm d'uillinn oibiachta (Θ) agus fad (D) leis an sprioc-réad.Éilíonn an modh eastósctha ITD taifeach uilleach íosta de thart ar 4°C.f Cruinneas uilleach (líne ghorm) agus cóimheas buaic-go-torann comhfhreagrach (líne ghlas) i gcoinne fad réada do Θ = 0.
Stórálann cuimhne fhrithsheasmhach faisnéis i riocht seoltaí neamh-luaineach.Is é bunphrionsabal an mhodha ná go mbíonn athrú ar a seoltacht leictreach mar gheall ar mhodhnú an ábhair ar an leibhéal adamhach57.Anseo bainimid úsáid as cuimhne resistive ocsaíd-bhunaithe comhdhéanta de ciseal 5nm de dhé-ocsaíd haifniam atá nasctha idir tíotáiniam barr agus bun agus leictreoidí nítríde tíotáiniam.Is féidir seoltacht feistí RRAM a athrú trí thonnchruth srutha/voltais a chur i bhfeidhm a chruthaíonn nó a bhriseann filiméid seoltacha d’fholúntais ocsaigine idir na leictreoidí.Rinneamar feistí den sórt sin a chomhtháthú58 i bpróiseas caighdeánach CMOS 130 nm chun ciorcad néaramorfach in-athchumraithe déanta a chruthú a chuirfeadh brathadóir comhtharlaithe agus ciorcad moille-líne (Fíor 3a) i bhfeidhm.Laghdaíonn nádúr neamh-luaineach agus analógach an fheiste, in éineacht le nádúr an chiorcaid néarómorfaigh atá faoi thionchar imeachtaí, tomhaltas cumhachta.Tá feidhm mheandarach ar/as ag an gciorcad: oibríonn sé díreach tar éis a bheith casta air, rud a fhágann gur féidir an chumhacht a mhúchadh go hiomlán nuair a bhíonn an ciorcad díomhaoin.Taispeántar príomhbhloic thógála na scéime a bheartaítear i bhfíor.3b.Tá sé comhdhéanta de struchtúir comhthreomhara trasraitheora aonfhriotóra aon-fhriotóra (1T1R) a ionchódaíonn meáchain shionapacha as a dtógtar sruthanna ualaithe, a instealladh isteach sa synapse coiteann de chomhtháthaitheoir péire difreálach (DPI)59, agus ar deireadh a instealladh isteach sa synapse le comhtháthú agus sceitheadh.néarón gníomhachtaithe (LIF) 60 (féach Modhanna le haghaidh sonraí).Cuirtear na borrthaí ionchuir i bhfeidhm ar gheata an struchtúir 1T1R i bhfoirm seicheamh de phulsanna voltais le fad ar ord na gcéadta nana-nascoicindí.Is féidir cuimhne fhrithsheasmhach a chur i stát seoltach ard (HCS) trí thagairt dhearfach sheachtrach a chur i bhfeidhm ar Vtop nuair a bhíonn Vbottom bunaithe, agus athshocrú go staid seoltach íseal (LCS) trí voltas dearfach a chur i bhfeidhm ar Vbottom nuair a bhíonn Vtop bunaithe.Is féidir meánluach HCS a rialú trí shruth ríomhchláraithe (comhlíonadh) an SET (ICC) a theorannú de réir voltas foinse geata an trasraitheora sraithe (Fíor 3c).Tá dhá fheidhm ag RRAM sa chiorcad: díríonn siad agus ualú na bíoga ionchuir.
Íomhá scanadh micreascóp leictreon (SEM) de ghléas gorm HfO2 1T1R RRAM atá comhtháite i dteicneolaíocht 130 nm CMOS le trasraitheoirí roghnóireachta (650 nm ar leithead) i glas.b Bloic thógála bhunúsacha na scéime néaramorfacha atá beartaithe.Itheann na bíoga voltais ionchuir (buanna) Vin0 agus Vin1 Iweight reatha, atá comhréireach leis na stáit seolta G0 agus G1 den struchtúr 1T1R.Déantar an sruth seo a instealladh isteach sna synapses DPI agus spreagtar na néaróin LIF.Tá RRAM G0 agus G1 suiteáilte i HCS agus LCS faoi seach.c Feidhm dlús seolta carnach do ghrúpa feistí 16K RRAM mar fheidhm de mheaitseáil reatha ICC, a rialaíonn an leibhéal seolta go héifeachtach.d Tomhais chiorcaid in (a) a thaispeánann go ndéanann G1 (sa LCS) bac go héifeachtach ar ionchur ó Vin1 (glas), agus go deimhin ní fhreagraíonn voltas membrane an néaróin aschuir ach don ionchur gorm ó Vin0.Cinneann RRAM go héifeachtach na naisc sa chiorcad.e An ciorcad a thomhas i (b) ag taispeáint éifeacht an luach seoltachta G0 ar an voltas membrane Vmem tar éis bíog voltais Vin0 a chur i bhfeidhm.Dá mhéad seoltacht is ea is láidre an freagra: mar sin, cuireann an gléas RRAM ualú ceangail I/O i bhfeidhm.Rinneadh tomhais ar an gciorcad agus léiríonn siad défheidhm RRAM, ródú agus ualú bíoga ionchuir.
Ar an gcéad dul síos, ós rud é go bhfuil dhá bhunstáit seolta (HCS agus LCS), is féidir le RRAManna bíoga ionchuir a bhacadh nó a chailleann nuair a bhíonn siad sna stáit LCS nó HCS, faoi seach.Mar thoradh air sin, cinneann RRAM go héifeachtach na naisc sa chiorcad.Is é seo an bunús le bheith in ann an ailtireacht a athchumrú.Chun é seo a léiriú, cuirfimid síos ar chiorcad déanta den bhloc ciorcad in Fíor 3b.Tá an RRAM a fhreagraíonn do G0 ríomhchláraithe isteach san HCS, agus tá an dara RRAM G1 ríomhchláraithe isteach san LCS.Cuirtear bíoga ionchuir i bhfeidhm ar Vin0 agus Vin1 araon.Rinneadh anailís ar éifeachtaí dhá shraith de phulsanna ionchuir sna néaróin aschuir trí voltas membrane néaróin agus an comhartha aschuir a bhailiú ag baint úsáide as ascalascóp.D'éirigh leis an turgnamh nuair nach raibh ach an gléas HCS (G0) ceangailte le cuisle na néaróin chun teannas membrane a spreagadh.Léirítear é seo i bhFíor 3d, áit a n-eascraíonn an traein chuisle ghorm go méadóidh an voltas membrane ar an toilleoir membrane, agus go gcoimeádann an traein chuisle glas an voltas membrane tairiseach.
Is é an dara feidhm thábhachtach de RRAM ná meáchain nasc a chur i bhfeidhm.Trí úsáid a bhaint as coigeartú seolta analógach RRAM, is féidir naisc I/O a ualú dá réir sin.Sa dara turgnamh, cláraíodh an gléas G0 go leibhéil éagsúla HCS, agus cuireadh an chuisle ionchuir i bhfeidhm ar an ionchur VIn0.Tarraingíonn an chuisle ionchuir sruth (Iweight) ón bhfeiste, atá comhréireach leis an seoltacht agus an titim ionchasach comhfhreagrach Vtop - Vbot.Déantar an sruth ualaithe seo a instealladh ansin isteach sna sinapses DPI agus néaróin aschuir LIF.Taifeadadh voltas membrane na néaróin aschuir le hoscillascóp agus taispeánadh é in Fíor 3d.Tá buaic voltais an scannáin néaróin mar fhreagra ar chuisle ionchuir aonair comhréireach le seoltacht na cuimhne resistive, rud a léiríonn gur féidir RRAM a úsáid mar eilimint in-ríomhchláraithe de mheáchan synaptic.Léiríonn an dá réamhthástáil seo go bhfuil an t-ardán neuromorphic atá bunaithe ar RRAM atá beartaithe in ann bunghnéithe meicníocht bhunúsach Jeffress a chur i bhfeidhm, eadhon an líne moille agus an ciorcad braite comhtharlú.Tógtar an t-ardán ciorcad trí bhlocanna leanúnacha a chruachadh taobh le taobh, mar na bloic i bhFíor 3b, agus a gcuid geataí a nascadh le líne ionchuir coitianta.Dhearamar, rinneamar, agus thástáileamar ardán néarómorfach comhdhéanta de dhá néaróin aschuir a fhaigheann dhá ionchur (Fíor 4a).Taispeántar an léaráid chiorcaid i bhFíor 4b.Ceadaíonn an maitrís uachtarach 2 × 2 RRAM bíoga ionchuir a dhíriú chuig dhá néaróin aschuir, agus ceadaíonn an maitrís 2 × 2 níos ísle naisc athfhillteach de dhá néaróin (N0, N1).Léirímid gur féidir an t-ardán seo a úsáid le cumraíocht líne moille agus dhá fheidhm brathadóireachta comhtharlaithe éagsúla, mar a léirítear le tomhais thurgnamhacha i bhFíor 4c-e.
Léaráid chiorcaid déanta ag dhá néaróin aschuir N0 agus N1 ag fáil dhá ionchur 0 agus 1. Sainmhíníonn na ceithre fheiste is airde den eagar naisc synaptic ó ionchur go haschur, agus sainmhíníonn na ceithre chill íochtair naisc athfhillteacha idir néaróin.Léiríonn na RRAManna daite na gléasanna atá cumraithe sa HCS ar dheis: ceadaíonn na gléasanna sa HCS naisc agus seasann siad meáchain, agus cuireann na gléasanna sa bhloc LCS bíoga ionchuir agus díchumasaítear naisc le haschuir.b Léaráid den chiorcad (a) ar a bhfuil ocht modúl RRAM aibhsithe i gorm.c Cruthaítear línte moille trí úsáid a bhaint as dinimic na synapses DPI agus na néaróin LIF.Socraítear seoltacht an RRAM glas ard go leor chun a bheith in ann glitch a aslú ag an aschur tar éis na moille ionchuir Δt.d Léiriú scéimreach de bhrath CD-treo-neamhíogair de chomharthaí a bhraitheann ar am.Néaróin aschuir 1, N1, tinte ar ionchuir 0 agus 1 gan mhoill.e Ciorcad CD treo-íogair, ciorcad a bhraitheann nuair a thagann ionchur 1 i dtreo ionchur 0 agus a shroicheann tar éis ionchur 0. Is é néaróin 1 (N1) a sheasann aschur an chiorcaid.
Úsáideann an líne moille (Fíor 4c) go simplí iompar dinimiciúil synapses DPI agus néaróin LIF chun an spíc ionchuir ó Vin1 go Vout1 a atáirgeadh trí mhoill a chur ar Tdel.Níl ach an G3 RRAM ceangailte le Vin1 agus Vout1 cláraithe i HCS, tá an chuid eile de na RRAManna cláraithe i LCS.Rinneadh an gléas G3 a ríomhchlárú le haghaidh 92.6 µs chun a chinntiú go n-ardóidh gach cuisle ionchuir voltas membrane an néaróin aschuir go leordhóthanach chun an tairseach a bhaint amach agus bíog aschuir mhoillithe a ghiniúint.Cinntear an mhoill Tdel ag na tairisigh ama synaptic agus néaracha.Aimsíonn brathadóirí comhtharlaitheas go dtarlóidh comharthaí ionchuir atá comhghaolaithe go ham ach a dháiltear go spásúil.Braitheann CD treo-neamhíogair ar ionchuir aonair ag teacht le chéile go néaróin aschuir coitianta (Fíor 4d).Tá an dá RRAM a nascann Vin0 agus Vin1 le Vout1, G2 agus G4 faoi seach cláraithe le haghaidh seoltacht ard.Méadaíonn teacht comhuaineach spící ar Vin0 agus Vin1 voltas an scannáin néaróin N1 os cionn na tairsí a theastaíonn chun an spíc aschuir a ghiniúint.Má tá an dá ionchur ró-fhada óna chéile in am, d'fhéadfadh go mbeadh am ag an muirear ar an voltas membrane carntha ag an gcéad ionchur meath, rud a chosc ar an acmhainneacht membrane N1 as an luach tairsí a bhaint amach.Tá G1 agus G2 cláraithe ar feadh thart ar 65 µs, rud a chinntíonn nach n-ardóidh borradh ionchuir amháin an voltas membrane go leor chun borradh aschuir a chur faoi deara.Is oibríocht bhunúsach é brath comhtharlú idir teagmhais a dháiltear sa spás agus san am a úsáidtear i raon leathan tascanna braite, mar shampla bacainní bunaithe ar shreabhadh optúil a sheachaint agus logánú foinse fuaime.Mar sin, tá dlúthdhioscaí treo-íogair agus neamhíogair ríomhaireachta mar bhunchloch chun córais logánaithe amhairc agus fuaime a thógáil.Mar a léirítear le saintréithe na dtairiseacha ama (féach Fíor Fhorlíontach 2), cuireann an ciorcad molta raon oiriúnach de cheithre ord scálaí ama méide i bhfeidhm.Mar sin, is féidir leis riachtanais na gcóras amhairc agus fuaime a chomhlíonadh ag an am céanna.Is ciorcad é CD treo-íogair atá íogair d'ord spásúil teacht na bíoga: ó dheis go clé agus vice versa.Is bloc tógála bunúsach é sa ghréasán braite tairiscint bhunúsach de chóras amhairc Drosophila, a úsáidtear chun treoracha gluaisne a ríomh agus chun imbhuailtí a bhrath62.Chun CD treo-íogair a bhaint amach, ní mór dhá ionchur a dhíriú chuig dhá néaróin éagsúla (N0, N1) agus ní mór nasc treorach a bhunú eatarthu (Fíor 4e).Nuair a fhaightear an chéad ionchur, imoibríonn NÍL tríd an voltas trasna a scannáin a mhéadú os cionn luach na tairsí agus borrtha a sheoladh amach.Cuireann an teagmhas aschuir seo, ina dhiaidh sin, le N1 a bhuíochas leis an nasc treo atá aibhsithe le glas.Má thagann teagmhas ionchuir Vin1 isteach agus má fhuinneamhann sé N1 agus a voltas membrane fós ard, gineann N1 teagmhas aschuir a thugann le fios go bhfuarthas meaitseáil idir an dá ionchur.Ní cheadaíonn naisc threoracha don N1 aschur a astú ach amháin má thagann ionchur 1 tar éis ionchur 0. Tá G0, G3, agus G7 ríomhchláraithe go 73.5 µS, 67.3 µS, agus 40.2 µS, faoi seach, ag cinntiú go mbíonn moill ar spíc amháin ar an ionchur Vin0. spíc aschuir, cé nach sroicheann poitéinseal membrane N1 ach an tairseach nuair a shroicheann an dá pléasctha ionchuir sioncronaithe..
Is foinse neamhfhoirfeachta í an éagsúlacht i gcórais néaramorfacha mhúnlaithe63,64,65.Tá iompar ilchineálach néaróin agus synapses mar thoradh air seo.I measc samplaí de na míbhuntáistí sin tá 30% (diall caighdeánach meánach) inathraitheacht i ngnóthachan ionchuir, tairiseach ama, agus tréimhse teasfhulangacha, gan ach roinnt bheag a ainmniú (féach Modhanna).Tá an fhadhb seo níos suntasaí fós nuair a nasctar ciorcaid néaracha iolracha le chéile, mar CD treoshuímh-íogair ar a bhfuil dhá néaróin.Chun oibriú i gceart, ba cheart go mbeadh tairisigh ama gnóthachain agus meatha an dá néaróin chomh cosúil agus is féidir.Mar shampla, is féidir le difríocht mhór i ngnóthachan ionchuir a bheith ina chúis le néarón amháin ró-imoibriú do chuisle ionchuir agus is ar éigean a bheidh an néarón eile freagrúil.Ar fig.Léiríonn Fíor 5a go bhfreagraíonn néaróin a roghnaítear go randamach go héagsúil don chuisle ionchuir chéanna.Tá an inathraitheacht néarach seo ábhartha, mar shampla, d'fheidhm dlúthdhioscaí treo-íogair.Sa scéim a thaispeántar i bhfíor.5b, c, tá gnóthachan ionchuir néaróin 1 i bhfad níos airde ná gnóthachan néaróin 0. Dá bhrí sin, éilíonn néaróin 0 trí bíoga ionchuir (in ionad 1) chun an tairseach a bhaint amach, agus tá dhá imeacht ionchuir ag teastáil ó néaróin 1, mar a bhítear ag súil leis.Bealach féideartha chun an tionchar atá ag ciorcaid néaracha agus shionaptacha atá míchruinn agus mallaithe ar fheidhmíocht an chórais a mhaolú43 is ea plaisteacht bithimiméadach a bhraitheann ar am spíce (STDP) a chur i bhfeidhm.Anseo tá sé beartaithe againn iompar plaisteach na cuimhne resistive a úsáid mar bhealach chun tionchar a imirt ar fheabhsú ionchur néarúil agus chun éifeachtaí inathraitheachta i gciorcaid néaramorfacha a laghdú.Mar a thaispeántar i bhfíor.4e, rinne leibhéil seoltachta a bhaineann le mais synaptic RRAM modhnú éifeachtach ar an bhfreagairt voltas membrane néarach comhfhreagrach.Bainimid úsáid as straitéis ríomhchláraithe RRAM atriallach.Maidir le hionchur tugtha, déantar luachanna seoltachta na meáchain synaptic a athchlárú go dtí go bhfaightear iompar sprice an chiorcaid (féach Modhanna).
a Tomhais thurgnamhach ar fhreagairt naoi néaróin aonair a roghnaíodh go randamach don chuisle ionchuir chéanna.Athraíonn an fhreagairt trasna daonraí, rud a chuireann isteach ar ghnóthachan ionchuir agus tairiseach ama.b Tomhais turgnamhacha ar thionchar na néaróin ar éagsúlacht na néaróin a dhéanann difear do CD treo-íogair.Freagraíonn an dá néaróin aschuir CD treo-íogair go difriúil do spreagthaigh ionchuir mar gheall ar inathraitheacht néaróin-go-néaróin.Tá gnóthachan ionchuir níos ísle ag néarón 0 ná néaróin 1, mar sin tógann sé trí bhíog ionchuir (in ionad 1) chun spíc aschuir a chruthú.De réir mar a bhíothas ag súil leis, sroicheann néaróin 1 an tairseach le dhá imeacht ionchuir.Má shroicheann ionchur 1 Δt = 50 µs tar éis tinte néaróin 0, fanann CD ina thost toisc go bhfuil Δt níos mó ná an tairiseach ama de néaróin 1 (thart ar 22 µs).laghdaítear c faoi Δt = 20 µs, ionas go mbuaileann ionchur 1 buaiceanna nuair a bhíonn lámhaigh néaróin 1′ fós ard, rud a fhágann go ndéantar dhá imeacht ionchuir a bhrath go comhuaineach.
Is iad an dá ghné a úsáidtear sa cholún ríomh ITD ná an líne moille agus an CD neamhíogair treo.Teastaíonn calabrú beacht ón dá chiorcad chun dea-fheidhmíocht suite réad a chinntiú.Ní mór don líne moille leagan a bhfuil moill chruinn air den bhuaic ionchuir a sheachadadh (Fíor 6a), agus ní mór an CD a chur i ngníomh ach amháin nuair a thagann an t-ionchur laistigh den raon braite sprice.Maidir leis an líne moille, rinneadh meáchain shionaptach na nasc ionchuir (G3 i bhFíor 4a) a athchlárú go dtí go bhfuarthas an sprioc-mhoill.Socraigh lamháltas thart ar an sprioc-mhoill chun stop a chur leis an gclár: dá lú an lamháltas, is deacra é an líne moille a shocrú go rathúil.Ar fig.Léiríonn Fíor 6b torthaí an phróisis um chalabrú na líne moille: is féidir a fheiceáil gur féidir leis an scéim mholta an mhoill ar fad a theastaíonn sa scéim dearaidh a sholáthar (ó 10 go 300 μs).Bíonn tionchar ag an líon uasta atriallta calabraithe ar cháilíocht an phróisis chalabrúcháin: is féidir le 200 atriall an earráid a laghdú go dtí níos lú ná 5%.Freagraíonn atriall chalabrúcháin amháin d'oibríocht tacair/athshocraithe de chill RRAM.Tá an próiseas tiúnta ríthábhachtach freisin chun feabhas a chur ar chruinneas braite láithreach gar-theagmhais mhodúil CD.Thóg sé deich n-atriallta calabraithe chun fíorráta dearfach a bhaint amach (.i. ráta na dteagmhas a aithníodh i gceart mar ábhartha) os cionn 95% (líne ghorm i bhFíor 6c).Mar sin féin, níor chuir an próiseas tiúnta isteach ar imeachtaí dearfacha bréagacha (is é sin, minicíocht na n-imeachtaí a aithníodh go hearráideach a bheith ábhartha).Modh eile a breathnaíodh i gcórais bhitheolaíocha chun na srianta ama a bhaineann le cosáin a ghníomhachtú go tapa a shárú ná iomarcaíocht (is é sin, go leor cóipeanna den réad céanna a úsáidtear chun feidhm ar leith a chomhlíonadh).Arna spreagadh ag an bhitheolaíocht66, chuireamar roinnt ciorcaid CD i ngach modúl CD idir an dá líne moille chun tionchar dearfach bréagach a laghdú.Mar a thaispeántar i bhfíor.6c (líne ghlas), trí ghné CD a chur i ngach modúl CD is féidir an ráta aláram bréagach a laghdú go dtí níos lú ná 10-2.
a Éifeacht na héagsúlachta néarónach ar chiorcaid línte moille.b Is féidir ciorcaid líne moille a scála go dtí moill mhór trí thaisigh ama na néaróin LIF comhfhreagracha agus na sinapses DPI a shocrú go luachanna móra.Mar gheall ar an méadú ar líon na n-atriallta den nós imeachta calabraithe RRAM bhíothas in ann cruinneas na sprice moille a fheabhsú go suntasach: laghdaigh 200 atriall an earráid go dtí níos lú ná 5%.Freagraíonn atriall amháin d'oibríocht SET/RESET ar chill RRAM.Is féidir gach modúl CD i múnla c Jeffress a chur i bhfeidhm trí úsáid a bhaint as eilimintí CD comhthreomhar N le haghaidh solúbthachta níos fearr maidir le teipeanna córais.d Méadaíonn níos mó atriallta calabraithe RRAM an fíorráta dearfach (líne ghorm), agus tá an ráta dearfach bréagach neamhspleách ar líon na n-atriallta (líne ghlas).Má chuirtear níos mó d'eilimintí CD go comhthreomhar seachnaítear meaitseanna modúil CD a bhrath go bréagach.
Déanaimid meastóireacht anois ar fheidhmíocht agus ar thomhaltas cumhachta an chórais logánaithe réad comhtháite deireadh le deireadh a thaispeántar i bhFíor 2 ag baint úsáide as tomhais ar airíonna fuaimiúla an braiteora pMUT, CD, agus na ciorcaid mhoill líne a chomhdhéanann an graf ríomhaireachta néaramorfach.Múnla Jeffress (Fíor 1a).Maidir leis an ngraf ríomhaireachta neuromorphic, is amhlaidh is mó an líon modúl CD, is amhlaidh is fearr an taifeach uilleach, ach freisin is airde fuinneamh an chórais (Fíor 7a).Is féidir teacht ar chomhréiteach trí chruinneas na gcomhpháirteanna aonair (braiteoirí pMUT, néaróin, agus ciorcaid synaptic) a chur i gcomparáid le cruinneas an chórais iomláin.Tá taifeach na líne moille teoranta ag tairisigh ama na sionapsaí agus na néaróin insamhlaithe, a sháraíonn 10 µs inár scéim, a fhreagraíonn do thaifeach uilleach 4° (féach Modhanna).Ceadóidh nóid níos forbartha le teicneolaíocht CMOS ciorcaid néaracha agus synaptic a dhearadh le tairisigh ama níos ísle, rud a fhágann go mbeidh cruinneas níos airde ar na heilimintí líne moille.Mar sin féin, inár gcóras, tá an cruinneas teoranta ag an earráid pMUT agus an suíomh uilleach á mheas, ie 10° (líne chothrománach ghorm i bhFíor 7a).Shocraigh muid líon na modúl CD ag 40, a fhreagraíonn do taifeach uilleach de thart ar 4 °, ie, cruinneas uilleach an ghraif ríomhaireachtúil (líne chothrománach gorm éadrom i bhFíor 7a).Ag leibhéal an chórais, tugann sé seo taifeach 4° agus cruinneas 10° do rudaí atá suite 50 cm os comhair an chórais braiteora.Tá an luach seo inchomparáide leis na córais logánaithe fuaime néaramorfacha a thuairiscítear i tag.67. Is féidir comparáid a dhéanamh idir an córas atá beartaithe agus an úrscothacht i dTábla Forlíontach 1. Is bealaí féideartha iad pMUTanna breise a chur leis, leibhéal na comhartha fuaime a mhéadú, agus torann leictreonach a laghdú chun cruinneas logánaithe a fheabhsú tuilleadh.) measta ag 9.7.nz.55. Agus 40 aonad CD san áireamh ar an ngraf ríomhaireachtúil, mheas an insamhalta SPICE gurbh é 21.6 nJ an fuinneamh in aghaidh na hoibríochta (ie, fuinneamh suite réad).Ní chuirtear an córas neuromorphic i ngníomh ach amháin nuair a thagann teagmhas ionchuir isteach, ie nuair a shroicheann tonn fuaimiúil aon ghlacadóir pMUT agus go sáraíonn sé an tairseach braite, nó fanann sé neamhghníomhach.Seachnaíonn sé seo tomhaltas cumhachta gan ghá nuair nach bhfuil aon chomhartha ionchuir ann.Ag cur san áireamh minicíocht oibríochtaí logánaithe de 100 Hz agus tréimhse gníomhachtaithe de 300 µs in aghaidh na hoibríochta (an ITD uasta is féidir), is é 61.7 nW tomhaltas cumhachta an ghraif ríomhaireachta néaramorfach.Le réamhphróiseáil neuromorphic i bhfeidhm ar gach glacadóir pMUT, sroicheann tomhaltas cumhachta an chórais iomláin 81.6 nW.Chun éifeachtúlacht fuinnimh an chur chuige neuromorphic atá beartaithe a thuiscint i gcomparáid le crua-earraí traidisiúnta, rinneamar an uimhir seo i gcomparáid leis an bhfuinneamh a theastaíonn chun an tasc céanna a dhéanamh ar mhicreathrialóir ísealchumhachta nua-aimseartha ag baint úsáide as ceachtar néaramorfach nó traidisiúnta beamforming68 Scil.Breithníonn an cur chuige neuromorphic céim an tiontaire analógach-go-digiteach (ADC), ina dhiaidh sin scagaire banna-pas agus céim eastósctha clúdaigh (modh Teeger-Kaiser).Ar deireadh, déantar oibríocht tairsí chun an ToF a bhaint.D'fhágamar ar lár ríomh ITD bunaithe ar ToF agus an t-athrú go suíomh uilleach measta mar go dtarlaíonn sé seo uair amháin in aghaidh gach tomhais (féach Modhanna).Ag glacadh le ráta samplála de 250 kHz ar an dá chainéal (glacadóirí pMUT), 18 oibríocht scagaire pas banna, 3 oibríocht eastóscadh clúdaigh, agus 1 oibríocht tairsí in aghaidh an tsampla, meastar go mbeidh an tomhaltas cumhachta iomlán ag 245 microwatts.Úsáideann sé seo modh ísealchumhachta an mhicririaltóra69, a chasann air nuair nach bhfuil na halgartaim á bhfeidhmiú, rud a laghdaíonn tomhaltas cumhachta go 10.8 µW.Tomhaltas cumhachta an réitigh próiseála comhartha beamforming atá molta sa tagairt.Is é 31, le 5 glacadóir pMUT agus 11 bíomaí a dháileadh go haonfhoirmeach san eitleán azimuth [-50 °, +50 °], ná 11.71 mW (féach an roinn Modhanna le haghaidh sonraí).Ina theannta sin, tuairiscímid tomhaltas cumhachta Ionchódóra Difríochta Ama (TDE) bunaithe ar FPGA47 a mheastar ag 1.5 mW mar ionadú ar mhúnla Jeffress le haghaidh logánú réad.Bunaithe ar na meastacháin seo, laghdaíonn an cur chuige neuromorphic atá beartaithe tomhaltas cumhachta faoi chúig ordú méide i gcomparáid le microcontroller ag baint úsáide as teicnící clasaiceach beamforming le haghaidh oibríochtaí logánú réad.Laghdaíonn glacadh le cur chuige neuromorphic maidir le próiseáil comhartha ar mhicreirialóir clasaiceach tomhaltas cumhachta thart ar dhá ordú méide.Is féidir éifeachtúlacht an chórais atá beartaithe a mhíniú trí chiorcad analógach friotaíoch-chuimhne asincrónach atá in ann ríomhaireachtaí cuimhne a dhéanamh agus an easpa comhshó analóg go digiteach atá riachtanach chun comharthaí a bhrath a mhíniú.
a Taifeach uilleach (gorm) agus tomhaltas cumhachta (glas) na hoibríochta logánaithe ag brath ar líon na modúl CD.Seasann an barra cothrománach dorcha gorm do chruinneas uilleach an PMUT agus seasann an barra cothrománach éadrom gorm do chruinneas uilleach an ghraif ríomhaireachta néaramorfach.b Ídiú cumhachta an chórais atá beartaithe agus comparáid leis an dá chur i bhfeidhm micrea-rialaithe a pléadh agus cur chun feidhme digiteach an Ionchódóra Difríochta Ama (TDE)47 FPGA.
Chun tomhaltas cumhachta an chórais logánaithe sprice a íoslaghdú, cheapamar, dhear agus chuireamar i bhfeidhm ciorcad neuromorphic RRAM-bhunaithe éifeachtach, bunaithe ar imeacht, a phróiseálann an fhaisnéis comhartha a ghineann na braiteoirí ionsuite chun suíomh an réad sprice a ríomh i bhfíor. am..Cé go ndéanann modhanna próiseála traidisiúnta sampláil leanúnach ar chomharthaí braite agus ríomhaireachtaí a dhéanamh chun faisnéis úsáideach a bhaint, déanann an réiteach néaramorfach atá beartaithe ríomhaireachtaí go neamhshioncronach de réir mar a thagann faisnéis úsáideach, ag uasmhéadú éifeachtúlacht cumhachta an chórais faoi chúig ordú méide.Ina theannta sin, tugaimid aird ar sholúbthacht na gciorcaid néaramorfacha atá bunaithe ar RRAM.Cúitíonn cumas RRAM seoltacht a athrú ar bhealach neamh-luaineach (plaisteachacht) as an éagsúlacht bhunúsach i gciorcaid shionaptach agus néaracha analógacha ultra-ísealchumhachta DPI.Déanann sé seo an ciorcad RRAM-bhunaithe seo ildánach agus cumhachtach.Níl sé mar sprioc againn feidhmeanna nó patrúin casta a bhaint as comharthaí, ach rudaí a logánú i bhfíor-am.Is féidir lenár gcóras an comhartha a chomhbhrú go héifeachtach freisin agus ar deireadh thiar é a sheoladh chuig céimeanna próiseála breise chun cinntí níos casta a dhéanamh nuair is gá.I gcomhthéacs feidhmchlár logánaithe, is féidir lenár gcéim réamhphróiseála néaramorfach faisnéis a sholáthar faoi shuíomh réad.Is féidir an fhaisnéis seo a úsáid, mar shampla, chun gluaisne a bhrath nó chun gothaí a aithint.Cuirimid béim ar an tábhacht a bhaineann le braiteoirí ultra-ísealchumhachta cosúil le pMUTanna a chomhcheangal le leictreonaic ultra-ísealchumhachta.Chuige seo, bhí cur chuige néarómorfach ríthábhachtach mar gur thug siad faoi deara feidhmiú ciorcaid nua a fhorbairt de mhodhanna ríomhaireachta atá spreagtha ó thaobh na bitheolaíochta de, amhail samhail Jeffress.I gcomhthéacs feidhmchláir chomhleá braiteoirí, is féidir ár gcóras a chomhcheangal le roinnt braiteoirí éagsúla bunaithe ar imeachtaí chun faisnéis níos cruinne a fháil.Cé go bhfuil an ulchabhán ar fheabhas ag teacht ar chreiche sa dorchadas, tá radharc na súl iontach acu agus déanann siad cuardach cloisteála agus amhairc le chéile sula ngabhann siad chreiche70.Nuair a lasann néaróin éisteachta ar leith, faigheann an t-ulchabhán an fhaisnéis a theastaíonn uaidh chun a chinneadh cén treo chun tús a chur lena chuardach amhairc, agus mar sin dírítear aird ar chuid bheag den radharc amhairc.Ba cheart teaglaim de bhraiteoirí amhairc (ceamara DVS) agus braiteoir éisteachta beartaithe (bunaithe ar pMUT) a iniúchadh chun gníomhairí uathrialacha a fhorbairt amach anseo.
Tá an braiteoir pMUT suite ar PCB le dhá ghlacadóir thart ar 10 cm óna chéile, agus tá an tarchuradóir suite idir na glacadóirí.San obair seo, tá gach membrane struchtúr bimorph ar fionraí comhdhéanta de dhá shraith nítríde alúmanaim piezoelectric (AlN) 800 nm tiubh sandwiched idir trí shraith de moluibdín (Mo) 200 nm tiubh agus brataithe le ciseal 200 nm tiubh.an ciseal SinN éighníomhach barr mar a thuairiscítear sa tagairt.71. Cuirtear na leictreoidí inmheánacha agus seachtracha i bhfeidhm ar na sraitheanna bun agus barr moluibdín, cé go bhfuil an leictreoid moluibdín lár gan patrún agus a úsáid mar thalamh, agus mar thoradh air sin tá membrane le ceithre phéire leictreoidí.
Ceadaíonn an ailtireacht seo dífhoirmiúchán membrane coitianta a úsáid, rud a fhágann go bhfuil íogaireacht tarchurtha agus glactha feabhsaithe.Is gnách go léiríonn pMUT den sórt sin íogaireacht excitation de 700 nm/V mar astaíre, ag soláthar brú dromchla de 270 Pa/V.Mar ghlacadóir, taispeánann scannán pMUT amháin íogaireacht ghearrchiorcaid de 15 NA/Pa, a bhaineann go díreach le comhéifeacht piezoelectric AlN.Tá athrú ar an minicíocht athshondach mar thoradh ar éagsúlacht theicniúil an voltais sa chiseal AlN, ar féidir é a chúiteamh trí chlaonadh DC a chur i bhfeidhm ar an pMUT.Tomhaiseadh íogaireacht DC ag 0.5 kHz/V.Le haghaidh tréithrithe fuaimiúla, úsáidtear micreafón os comhair an pMUT.
Chun an cuisle macalla a thomhas, chuireamar pláta dronuilleogach le achar de thart ar 50 cm2 os comhair an pMUT chun na tonnta fuaime a astaítear a léiriú.Déantar an fad idir na plátaí agus an uillinn i gcoibhneas leis an eitleán pMUT a rialú ag baint úsáide as sealbhóirí speisialta.Claonann foinse voltais Tectronix CPX400DP trí seicní pMUT, ag tiúnadh an mhinicíocht athshondach go 111.9 kHz31, agus na tarchuradóirí á dtiomáint ag gineadóir bíog Tectronix AFG 3102 tiúnta leis an minicíocht athshondach (111.9 kHz) agus timthriall dualgas 0.01.Déantar na sruthanna a léitear ó na ceithre chalafoirt aschuir de gach glacadóir pMUT a thiontú go voltais ag baint úsáide as ailtireacht srutha difreálach speisialta agus voltais, agus déantar na comharthaí a eascraíonn as a dhigitiú ag córas fála sonraí Spektrum.Ba shaintréith an teorainn braite ná éadáil comhartha pMUT faoi choinníollacha éagsúla: bhogamar an frithchaiteoir go hachair éagsúla [30, 40, 50, 60, 80, 100] cm agus d'athraigh muid an uillinn tacaíochta pMUT ([0, 20, 40] o ) Taispeánann Fíor 2b taifeach braite ama ITD ag brath ar an suíomh uilleach comhfhreagrach i gcéimeanna.
Úsáideann an t-alt seo dhá chiorcad RRAM lasmuigh den tseilf.Is é an chéad cheann ná sraith de 16,384 (16,000) feiste (128 × 128 feiste) i gcumraíocht 1T1R le trasraitheoir amháin agus friotóir amháin.Is é an dara sliseanna an t-ardán neuromorphic a thaispeántar i bhFíor 4a.Is éard atá sa chill RRAM scannán HfO2 5 nm tiubh atá leabaithe i stack TiN/HfO2/Ti/TiN.Tá an stack RRAM comhtháite i gcúl-líne (BEOL) an phróisis chaighdeánaigh CMOS 130nm.Cruthaíonn ciorcaid néaramorfacha atá bunaithe ar RRAM dúshlán dearaidh do chórais leictreonacha uile-analógacha ina bhfuil feistí RRAM ar aon dul le teicneolaíocht CMOS traidisiúnta.Go háirithe, ní mór staid seolta an fheiste RRAM a léamh agus a úsáid mar athróg feidhme don chóras.Chuige sin, rinneadh ciorcad a dhearadh, a dhéanamh agus a thástáil a léann an sruth ón bhfeiste nuair a fhaightear cuisle ionchuir agus a úsáideann an sruth seo chun freagairt synapse comhtháthaitheora péire difreálach (DPI) a mheá.Taispeántar an ciorcad seo i bhFíor 3a, rud a léiríonn bloic thógála bunúsacha an ardáin neuromorphic i bhFíor 4a.Gníomhaíonn cuisle ionchuir geata na feiste 1T1R, rud a chothaíonn sruth trí RRAM atá comhréireach le seoltacht an ghléis G (Iweight = G(Vtop – Vx)).Tá Vtop voltas claonta DC tairiseach ag ionchur inbhéartaithe an chiorcaid aimplitheoir oibriúcháin (op-amp).Soláthrófar Vx = Vtop le haiseolas diúltach an fhrith-ampaí trí shruth comhionann a sholáthar ó M1.Déantar an t-Imheáchan reatha a fhaightear ón bhfeiste a instealladh isteach sa synapse DPI.Beidh níos mó dípolarúcháin mar thoradh ar shruth níos láidre, mar sin cuireann seoltacht RRAM meáchain shionaptach i bhfeidhm go héifeachtach.Déantar an sruth sionaptach easpónantúil seo a instealladh trí toilleoir membrane na néaróin Sceitheadh Comhtháthú agus Múscailt (LIF), áit a bhfuil sé comhtháite mar voltas.Má sháraítear voltas tairseach an scannáin (voltas aistrithe an inverter), cuirtear an chuid aschuir den néaróin i ngníomh, rud a tháirgeann spike aschuir.Filleann an chuisle seo agus shuntaíonn sí toilleoir membrane an néaróin go talamh, rud a fhágann go scaoilfidh sé.Forlíontar an ciorcad seo ansin le leathaitheoir bíge (nach dtaispeántar i bhFíor 3a), a mhúnlaíonn cuisle aschuir an néaróin LIF go dtí an leithead bíge sprice.Cuirtear ilphléacsóirí isteach i ngach líne freisin, rud a fhágann gur féidir voltas a chur i bhfeidhm ar leictreoidí barr agus bun an fheiste RRAM.
Áirítear le tástáil leictreach anailís agus taifeadadh a dhéanamh ar iompar dinimiciúil ciorcaid analógacha, chomh maith le gléasanna RRAM a ríomhchlárú agus a léamh.Tá uirlisí speisialta ag teastáil ón dá chéim, agus tá gach ceann acu ceangailte leis an mbord braiteoir ag an am céanna.Déantar rochtain ar fheistí RRAM i gciorcaid néaramorfacha ó uirlisí seachtracha trí ilphléacsálaí (MUX).Scarann an MUX an chill 1T1R ón gcuid eile den chiorcadaireacht lena mbaineann sé, rud a ligeann don fheiste a léamh agus/nó a ríomhchlárú.Chun gléasanna RRAM a ríomhchlárú agus a léamh, úsáidtear meaisín SCS Keithley 4200 i gcomhar le micrea-rialtóir Arduino: an chéad cheann le haghaidh gineadh cruinn bíge agus léamh reatha, agus an dara ceann le haghaidh rochtain tapa ar eilimintí 1T1R aonair san eagar cuimhne.Is é an chéad oibríocht ná an gléas RRAM a fhoirmiú.Roghnaítear na cealla ceann ar cheann agus cuirtear voltas dearfach i bhfeidhm idir na leictreoidí barr agus bun.Sa chás seo, tá an sruth teoranta do na deich microamperes mar gheall ar an voltas geata comhfhreagrach a sholáthar don trasraitheoir roghnóir.Is féidir leis an gcill RRAM timthriall ansin idir staid seoltach íseal (LCS) agus staid ard seoltaí (HCS) ag baint úsáide as oibríochtaí RESET agus SET, faoi seach.Déantar oibríocht SET trí chuisle dronuilleogach voltais a bhfuil fad 1 μs agus buaicvoltas 2.0-2.5 V aige a chur i bhfeidhm ar an leictreoid uachtarach, agus bíog sioncronaithe de chruth comhchosúil le buaicvoltas 0.9-1.3 V go geata an trasraitheora roghnóir.Ligeann na luachanna seo seoltacht RRAM a mhodhnú ag eatraimh 20-150 µs.Le haghaidh ATHSCRÚDÚ, cuirtear buille buaic 1 µs ar leithead, 3 V i bhfeidhm ar leictreoid bun (líne ghiotán) na cille nuair a bhíonn voltas an gheata sa raon 2.5-3.0 V. Is comharthaí dinimiciúla iad ionchuir agus aschuir na gciorcad analógach .Le haghaidh ionchur, rinneamar dhá ghineadóir cuisle HP 8110 a idirleagadh le gineadóirí comhartha Tektronix AFG3011.Tá leithead na bíge ionchuir 1 µs agus ciumhais ardú/titim 50 ns.Glactar leis gur glitch tipiciúil é an cineál cuisle seo i gciorcaid analógacha glitch-bhunaithe.Maidir leis an comhartha aschuir, rinneadh an comhartha aschuir a thaifeadadh ag baint úsáide as ascalascóp Teledyne LeCroy 1 GHz.Tá sé cruthaithe nach bhfuil luas fála ascalascóp ina fhachtóir teorannach maidir le hanailís agus sealbhú sonraí ciorcad.
Is réiteach galánta agus éifeachtach é úsáid a bhaint as dinimic na leictreonaice analógach chun iompar néaróin agus synapses a insamhail chun éifeachtúlacht ríomhaireachtúil a fheabhsú.Is é an míbhuntáiste a bhaineann leis an bhforleagan ríomhaireachtúil seo ná go mbeidh sé éagsúil ó scéim go scéim.Rinneamar éagsúlacht na néaróin agus na gciorcad synaptic a chainníochtú (Fíor Forlíontach 2a,b).As na cineálacha inathraitheachta go léir, is ag leibhéal an chórais a bhíonn an tionchar is mó acu siúd a bhaineann le tairisigh ama agus gnóthachan ionchuir.Cinneann ciorcad RC tairiseach ama an néaróin LIF agus an tsionapse DPI, áit a bhfuil luach R á rialú ag voltas claonta a chuirtear i bhfeidhm ar gheata an trasraitheora (Vlk don néaróin agus Vtau don tsionapse), ag cinneadh an ráta sceite.Sainmhínítear gnóthachan ionchuir mar an buaicvoltas a shroich na toilleoirí membrane synaptic agus néarónach arna spreagadh ag cuisle ionchuir.Tá an gnóthachan ionchuir á rialú ag trasraitheoir laofachta eile a mhodhnaíonn an sruth ionchuir.Rinneadh ionsamhlúchán Monte Carlo arna chalabrú ar phróiseas 130nm ST Microelectronics chun roinnt staitisticí maidir le gnóthachan ionchuir agus seasmhachta ama a bhailiú.Cuirtear na torthaí i láthair i bhFíor Forlíontach 2, áit a ndéantar an gnóthachan ionchuir agus an tairiseach ama a chainníochtú mar fheidhm den voltas laofachta a rialaíonn an ráta sceite.Déanann marcóirí glasa diallas caighdeánach an tairiseach ama ón meán a chainníochtú.Bhí an dá néaróin agus ciorcaid synaptic in ann raon leathan tairisigh ama a chur in iúl sa raon 10-5-10-2 s, mar a léirítear sa scéim Fíor Forlíontach.Bhí aimpliú ionchuir (Fíor Forlíontach 2e,d) ar inathraitheacht néarónach agus sionapse thart ar 8% agus 3%, faoi seach.Tá easnamh den sórt sin doiciméadaithe go maith sa litríocht: rinneadh tomhais éagsúla ar an sraith de sceallóga DYNAP chun an neamhréir idir daonraí néaróin LIF63 a mheas.Tomhaiseadh na synapses i sliseanna comharthaí measctha BrainScale agus rinneadh anailís ar a neamhréireachtaí, agus moladh nós imeachta calabraithe chun éifeacht na héagsúlachta ar leibhéal an chórais a laghdú64.
Tá dhá ghné ag baint le feidhm RRAM i gciorcaid néaramorfacha: sainmhíniú na hailtireachta (ionchur chuig aschuir a ródú) agus meáchain shionaptach a chur i bhfeidhm.Is féidir an t-airí deiridh a úsáid chun an fhadhb a bhaineann le héagsúlacht na gciorcad néaramorfacha múnlaithe a réiteach.Tá nós imeachta calabraithe simplí forbartha againn a bhaineann leis an bhfeiste RRAM a athchlárú go dtí go gcomhlíonann an ciorcad atá á anailísiú ceanglais áirithe.Maidir le hionchur áirithe, déantar monatóireacht ar an aschur agus déantar an RRAM a athchlárú go dtí go mbaintear an sprioc-iompraíocht amach.Tugadh am feithimh 5 s isteach idir oibríochtaí ríomhchláraithe chun fadhb an tséimhithe RRAM a réiteach a mbíonn luaineachtaí seoltachta díomuana mar thoradh air (Faisnéis Bhreise).Déantar meáchain shionaptach a choigeartú nó a chalabrú de réir riachtanais an chiorcaid néarómorfaigh atá á shamhaltú.Déantar achoimre ar an nós imeachta calabrúcháin i halgartaim bhreise [1, 2] a dhíríonn ar dhá ghné bhunúsacha d'ardáin neuromorphic, línte moille agus CD neamhíogair treo.I gcás ciorcad le líne moille, is é an sprioc-iompraíocht ná bíog aschuir a sholáthar le moill Δt.Má tá an mhoill chiorcaid iarbhír níos lú ná an spriocluach, ba cheart an meáchan synaptic G3 a laghdú (ba cheart G3 a athshocrú agus ansin a shocrú go dtí Icc reatha meaitseála níos ísle).Os a choinne sin, má tá an mhoill iarbhír níos mó ná an spriocluach, ní mór seoltacht G3 a mhéadú (ní mór G3 a athshocrú ar dtús agus ansin a shocrú go luach Icc níos airde).Déantar an próiseas seo arís agus arís eile go dtí go dtagann an mhoill a ghineann an ciorcad leis an spriocluach agus socraítear lamháltas chun an próiseas calabrúcháin a stopadh.I gcás dlúthdhioscaí nach bhfuil íogair ó thaobh treoshuímh de, tá dhá fheiste RRAM, G1 agus G3, páirteach sa phróiseas calabraithe.Tá dhá ionchur ag an gciorcad seo, Vin0 agus Vin1, moillithe ag dt.Níor cheart don chiorcad freagairt ach do mhoilleanna faoi bhun an raon meaitseála [0,dtCD].Mura bhfuil buaic aschuir ann, ach go bhfuil an buaic ionchuir gar, ba cheart an dá fheiste RRAM a threisiú chun cuidiú leis an néaróin an tairseach a bhaint amach.Os a choinne sin, má fhreagraíonn an ciorcad do mhoill a sháraíonn raon sprice dtCD, ní mór an seoltacht a laghdú.Déan an próiseas arís go dtí go bhfaightear an t-iompar ceart.Is féidir sruth comhlíonta a mhodhnú leis an gciorcad analógach ionsuite i ref.72.73.Leis an gciorcad ionsuite seo, is féidir nósanna imeachta den sórt sin a dhéanamh go tréimhsiúil chun an córas a chalabrú nó a athúsáid le haghaidh feidhmchlár eile.
Déanaimid measúnú ar thomhaltas cumhachta ár gcur chuige próiseála comhartha neuromorphic ar mhicreathrialóir caighdeánach 32-giotán68.Sa mheastóireacht seo, glacaimid leis go n-oibreoidh sé leis an socrú céanna agus atá sa pháipéar seo, le tarchuradóir pMUT amháin agus dhá ghlacadóir PMUT.Úsáideann an modh seo scagaire bandpass, agus céim eastósctha clúdaigh (Teeger-Kaiser) ina dhiaidh sin, agus ar deireadh cuirtear oibríocht tairseach i bhfeidhm ar an gcomhartha chun an t-am eitilte a bhaint amach.Fágtar ar lár sa mheastóireacht ríomh an ITD agus a thiontú go huillinneacha braite.Breithnímid scagaire pas banna a chur i bhfeidhm ag baint úsáide as scagaire freagartha impulse gan teorainn den 4ú ordú a éilíonn 18 oibríocht snámhphointe.Úsáideann eastóscadh clúdaigh trí oibríocht snámhphointe níos mó, agus úsáidtear an oibríocht dheireanach chun an tairseach a shocrú.Tá gá le 22 oibríocht snámhphointe san iomlán chun an comhartha a réamhphróiseáil.Is éard atá sa chomhartha tarchurtha ná pléasctha gearr de chruth tonn sín 111.9 kHz a ghintear gach 10 ms agus is é 100 Hz an minicíocht oibriúcháin suímh dá bharr.D’úsáideamar ráta samplála 250 kHz chun Nyquist a chomhlíonadh agus fuinneog 6 ms do gach tomhas chun raon 1 méadar a ghabháil.Tabhair faoi deara gurb é 6 milleasoicind am eitilte réad atá 1 mhéadar ar shiúl.Soláthraíonn sé seo tomhaltas cumhachta de 180 µW le haghaidh chomhshó A/D ag 0.5 MSPS.Is é réamhphróiseáil comhartha ná 6.60 MIPS (treoracha in aghaidh an tsoicind), ag giniúint 0.75 mW.Mar sin féin, féadfaidh an microcontroller aistriú go modh ísealchumhachta 69 nuair nach bhfuil an algartam ag rith.Soláthraíonn an modh seo tomhaltas cumhachta statach de 10.8 μW agus am múscailte 113 μs.I bhfianaise minicíocht clog de 84 MHz, críochnaíonn an microcontroller gach oibríocht den algartam neuromorphic laistigh de 10 ms, agus ríomhann an algartam timthriall dualgas 6.3%, agus mar sin ag baint úsáide as modh ísealchumhachta.Is é 244.7 μW an diomailt cumhachta mar thoradh air.Tabhair faoi deara go bhfágaimid ar lár an t-aschur ITD ó ToF agus an chomhshó go uillinn braite, rud a mheas faoina luach tomhaltas chumhacht an microcontroller.Soláthraíonn sé seo luach breise d’éifeachtúlacht fuinnimh an chórais bheartaithe.Mar choinníoll comparáide breise, déanaimid meastóireacht ar thomhaltas cumhachta na modhanna beamforming clasaiceach atá molta sa tagairt.31.54 nuair atá sé leabaithe sa microcontroller céanna68 ag voltas soláthair 1.8V.Úsáidtear cúig scannán pMUT cothrom-spásáilte chun sonraí a fháil le haghaidh beamforming.Maidir leis an bpróiseáil féin, is é an modh beamforming a úsáidtear ná suimiú moille.Níl ann ach moill a chur i bhfeidhm ar na lánaí a fhreagraíonn don difríocht a bhfuiltear ag súil leis in amanna teachta idir lána amháin agus an lána tagartha.Má tá na comharthaí i gcéim, beidh ardfhuinneamh ag suim na gcomharthaí seo tar éis athrú ama.Má tá siad imithe as an gcéim, cuirfidh trasnaíocht millteach teorainn le fuinneamh a suime.i gcaidreamh.Ar fig.31, roghnaítear ráta samplála de 2 MHz chun na sonraí a aistriú de réir líon slánuimhir samplaí.Cur chuige níos lú ná ráta sampla níos garbh de 250 kHz a choinneáil agus scagaire le Freagra Impulse Deiridh (FIR) a úsáid chun moilleanna codánacha a shintéisiú.Glacfaimid leis go gcinnfidh an t-athrú ama castacht an algartam beamforming go príomha, ós rud é go bhfuil gach cainéal comhcheangailte le scagaire FIR le 16 sconna i ngach treo.Chun líon na MIPS a theastaíonn don oibríocht seo a ríomh, breithnímid ar fhuinneog 6ms in aghaidh an tomhais chun raon 1 mhéadar, 5 chainéal, 11 treo beamforming a ghabháil (raon +/- 50 ° i gcéimeanna 10 °).Bhrúigh 75 tomhas in aghaidh an tsoicind an micrea-rialtóir go dtí a uasmhéid de 100 MIPS.Nasc.68, agus mar thoradh air diomailt cumhachta de 11.26 mW le haghaidh diomailt cumhachta iomlán de 11.71 mW tar éis cur leis an ranníocaíocht ADC ar bord.
Tá sonraí a thacaíonn le torthaí an staidéir seo ar fáil ón údar faoi seach, FM, ar iarratas réasúnach.
Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y. An tábhacht a bhaineann le spás agus am le haghaidh próiseála comhartha i ngníomhairí neuromorphic: An dúshlán a bhaineann le gníomhairí uathrialaitheacha ísealchumhachta a fhorbairt a idirghníomhaíonn leis an gcomhshaol. Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y. An tábhacht a bhaineann le spás agus am le haghaidh próiseála comhartha i ngníomhairí neuromorphic: An dúshlán a bhaineann le gníomhairí uathrialaitheacha ísealchumhachta a fhorbairt a idirghníomhaíonn leis an gcomhshaol.Indiveri G. agus Sandamirskaya Y. An tábhacht a bhaineann le spás agus am le haghaidh próiseála comhartha i ngníomhairí neuromorphic: an dúshlán a bhaineann le gníomhairí uathrialacha ísealchumhachta a fhorbairt a idirghníomhaíonn leis an gcomhshaol. Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y.理的挑战。 Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y.Indiveri G. agus Sandamirskaya Y. An tábhacht a bhaineann le spás agus am le haghaidh próiseála comhartha i ngníomhairí neuromorphic: an dúshlán a bhaineann le gníomhairí uathrialacha ísealchumhachta a fhorbairt a idirghníomhaíonn leis an gcomhshaol.Próiseáil Comhartha IEEE.Iris 36, 16–28 (2019).
Thorpe, SJ Buaic Am Teachta: Scéim Chódaithe Líonra Néarach Éifeachtach. in Eckmiller, R., Hartmann, G. & Hauske, G. (eagráin). in Eckmiller, R., Hartmann, G. & Hauske, G. (eagráin).in Eckmiller, R., Hartmann, G. agus Hauske, G. (eag.).In Eckmiller, R., Hartmann, G., agus Hauske, G. (eag.).Próiseáil chomhthreomhar i gcórais néaracha agus ríomhairí 91–94 (North-Holland Elsevier, 1990).
Tobhach, WB & Calvert, VG Communication ídíonn 35 uair níos mó fuinnimh ná ríomh sa cortex daonna, ach tá an dá chostas ag teastáil chun an uimhir sinapse a thuar. Tobhach, WB & Calvert, VG Communication ídíonn 35 uair níos mó fuinnimh ná ríomh sa cortex daonna, ach tá an dá chostas ag teastáil chun an uimhir sinapse a thuar.Tobhach, WB agus Calvert, ídíonn WG Communication 35 uair níos mó fuinnimh ná ríomh sa cortex daonna, ach tá gá leis an dá chostas chun líon na synapses a thuar. Tobhach, WB & Calvert, VG Communication Is é an t-ainm a bhí air Tobhach, WB & Calvert, Cumarsáid VGTobhach, WB agus Calvert, ídíonn WG Communication 35 uair níos mó fuinnimh ná ríomh sa cortex daonna, ach ní mór an dá chostas a thuar líon na synapses.próiseas.Acadamh Náisiúnta na hEolaíochta.an eolaíocht.US 118, https://doi.org/10.1073/pnas.2008173118 (2021).
Dalgaty, T., Vianello, E., De Salvo, B. & Casas, J. Ríomhaireacht néaramorfach arna spreagadh ag feithidí. Dalgaty, T., Vianello, E., De Salvo, B. & Casas, J. Ríomhaireacht néaramorfach arna spreagadh ag feithidí.Dalgati, T., Vianello, E., DeSalvo, B. agus Casas, J. Ríomhaireacht neuromorphic spreagtha ag feithidí.Dalgati T., Vianello E., DeSalvo B. agus Casas J. Ríomhaireacht néaramorfach arna spreagadh ag feithidí.Reatha.Tuairim.Eolaíocht feithidí.30, 59–66 (2018).
Roy, K., Jaiswal, A. & Panda, P. I dtreo faisnéis mheaisín spíc-bhunaithe le ríomhaireacht néaramorfach. Roy, K., Jaiswal, A. & Panda, P. I dtreo faisnéis mheaisín spíc-bhunaithe le ríomhaireacht néaramorfach. Roy, K., Jaiswal, A. & Panda, P. I dtreo Faisnéise Meaisín Spike-bhunaithe le Ríomhaireacht Néaramorfach.Roy K, Jaiswal A, agus Panda P. Hintleachta saorga bunaithe ar Pulse ag baint úsáide as ríomhaireacht neuromorphic.Nádúr 575, 607–617 (2019).
Indiveri, G. & Liu, S.-C. Indiveri, G. & Liu, S.-C.Indiveri, G. agus Liu, S.-K. Indiveri, G. & Liu, S.-C. Indiveri, G. & Liu, S.-C.Indiveri, G. agus Liu, S.-K.Próiseáil cuimhne agus faisnéise i gcórais néaramorfacha.próiseas.IEEE 103, 1379–1397 (2015).
Akopyan F. et al.Truenorth: Dearadh agus foireann uirlisí le haghaidh sliseanna synaptic ríomhchláraithe 65 mW 1 milliún néaróin.idirbhearta IEEE.Dearadh ríomhaire na gcóras ciorcaid iomlánaithe.34, 1537–1557 (2015).
Schemmel, J. et al.Taispeántas beo: leagan de réir scála síos den chóras néaramaorfach BrainScaleS ar scála pláta.2012 IEEE Siompóisiam Idirnáisiúnta ar Chiorcaid agus Córais (ISCAS), (IEEE eag.) 702–702 (2012).
Moradi, S., Qiao, N., Stefanini, F. & Indieri, G. Ailtireacht inscálaithe multicore le struchtúir cuimhne ilchineálach do phróiseálaithe asincrónacha néaramorfacha dinimiciúil (DYNAPs). Moradi, S., Qiao, N., Stefanini, F. & Indieri, G. Ailtireacht inscálaithe multicore le struchtúir cuimhne ilchineálach do phróiseálaithe asincrónacha néaramorfacha dinimiciúil (DYNAPs).Moradi S., Qiao N., Stefanini F. agus Indiviri G. Ailtireacht inscálaithe multicore le struchtúir chuimhne ilchineálach do phróiseálaithe asincrónacha néaramorfacha dinimiciúla (DYNAP). Moradi, S., Qiao, N., Stefanini, F. & Indiveri, G.内存结构. Moradi, S. 、 Qiao, N. 、 Stefanini, F. & Indiveri, G. Cineál ailtireachta il-lárnach inmhéadaithe, le struchtúr cuimhne uathúil do phróiseáil néareolaíoch dinimiciúil (DYNAP).Moradi S., Qiao N., Stefanini F. agus Indiviri G. Ailtireacht inscálaithe multicore le struchtúir chuimhne ilchineálach do phróiseálaithe asincrónacha néaramorfacha dinimiciúla (DYNAP).Idirbhearta IEEE ar Eolaíocht Bhithleighis.córas leictreach.12, 106–122 (2018).
Davis, M. et al.Loihi: Próiseálaí il-lárnach néaramorfach le foghlaim leabaithe.IEEE Micrimhilseogra 38, 82–99 (2018).
Furber, SB, Galluppi, F., Teampall, S. & Plana, LA An tionscadal SpiNNaker. Furber, SB, Galluppi, F., Teampall, S. & Plana, LA An tionscadal SpiNNaker.Ferber SB, Galluppi F., Teampall S. agus Plean LA SpiNNaker tionscadal.Ferber SB, Galluppi F., Teampall S. agus Plean LA SpiNNaker tionscadal.próiseas.IEEE 102, 652–665 (2014).
Liu, S.-K. & Delbruck, T. Córais céadfacha néaramorfacha. & Delbruck, T. Córais céadfacha néaramorfacha.agus Delbrück T. Córais céadfacha neuromorphic. & Delbruck, T. 神经形态感觉系统. & Delbruck, T.agus Delbrück T. Córas céadfach neuromorphic.Reatha.Tuairim.Néar-bhitheolaíocht.20, 288–295 (2010).
Chope, T. et al.Comhtháthú céadfach neuromorphic do logánú comhcheangailte foinse fuaime agus seachaint imbhuailte.In 2019 ag Comhdháil IEEE ar Chiorcaid agus Córais Bhithleighis (BioCAS), (IEEE Ed.) 1–4 (2019).
Risi, N., Aimar, A., Donati, E., Solinas, S. & Indiveri, G. Ailtireacht neuromorphic spike-bhunaithe fís steirió. Risi, N., Aimar, A., Donati, E., Solinas, S. & Indiveri, G. Ailtireacht neuromorphic spike-bhunaithe fís steirió.Risi N, Aymar A, Donati E, Solinas S, agus Indiveri G. Ailtireacht steiréifíse neuromorphic bunaithe ar spike. Risi, N., Aimar, A., Donati, E., Solinas, S. & Indiveri, G. 一种基于脉冲的立体视觉神经形态结构。 Risi, N., Aimar, A., Donati, E., Solinas, S. & Indiveri, G.Risi N, Aimar A, Donati E, Solinas S, agus Indiveri G. Ailtireacht neuromorphic bunaithe ar Spike le haghaidh fís steirió.tosaigh.Néarróbaitice 14, 93 (2020).
Osswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R. & Indiveri, G. Samhail líonra néarúil spiking de 3Dperception do chórais fís steirió neuromorphic bunaithe ar imeachtaí. Osswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R. & Indiveri, G. Samhail líonra néarúil spiking de 3Dperception do chórais fís steirió neuromorphic bunaithe ar imeachtaí.Oswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R., agus Indiveri, G. Samhail Dearcadh Líonra Néaránach 3D Pulsed le haghaidh Córais Físe Néar-morfacha Néar-morfacha Bunaithe ar Imeachtaí. Osswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R. & Indiveri, G. Osswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R. & Indiveri, G. 3Dperception 脉冲神经网络模型。Oswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R., agus Indiveri, G. Samhail Líonra Néarach 3Dperception Spiked le haghaidh Córas Físe Steirió Néar-morfach Bunaithe ar Imeachtaí.an eolaíocht.Tuarascáil 7, 1–11 (2017).
Dalgaty, T. et al.Áirítear le braite bunghluaiseachta feithidí cuimhne fhriotaíoch agus líonraí néaracha pléascacha.Córas bithhibrideach bionic.10928, 115–128 (2018).
D'Angelo, G. et al.Brath gluaisne eccentric bunaithe ar imeacht ag baint úsáide as códú difreálach ama.tosaigh.Néareolaíocht.14, 451 (2020).
Am postála: Nov-17-2022