據中國科(ke)學技術(shu)大學官網(wang)消息，中國科(ke)學技術(shu)大學李(li)曉光教授團隊在高性能類腦(nao)(nao)突觸(chu)原型器件方(fang)面取得了(le)重(zhong)要進展。在前(qian)期研究基礎上，該團隊基于對鐵電疇形態和翻轉動(dong)力學的(de)設計，在鐵電量子隧道(dao)結中實(shi)現了(le)亞納秒電脈沖下電導態可(ke)非易失連續調控的(de)類腦(nao)(nao)突觸(chu)器件，可(ke)用于構建人工神經網(wang)絡類腦(nao)(nao)計算系統，該成果日前發表于(yu)《自然通訊》雜(za)志上(shang)（Nat. Commun.）。
以(yi)神(shen)(shen)經(jing)網(wang)(wang)絡為代表的(de)(de)(de)(de)類腦人(ren)工(gong)智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)技(ji)術正深(shen)刻影響(xiang)人(ren)類社(she)會。但目前運(yun)行(xing)神(shen)(shen)經(jing)網(wang)(wang)絡計算(suan)的(de)(de)(de)(de)硬件(jian)(jian)(jian)系(xi)統(tong)依(yi)然(ran)(ran)基(ji)于(yu)(yu)傳統(tong)硅基(ji)運(yun)算(suan)器(qi)(qi)與存(cun)儲器(qi)(qi)，能(neng)效遠低于(yu)(yu)人(ren)腦。研發(fa)具(ju)有(you)神(shen)(shen)經(jing)形態(tai)(tai)模(mo)擬功能(neng)的(de)(de)(de)(de)類腦器(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)，如(ru)神(shen)(shen)經(jing)網(wang)(wang)絡硬件(jian)(jian)(jian)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)核心器(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian) —— 電子突(tu)(tu)觸，是(shi)進(jin)(jin)一(yi)步推進(jin)(jin)人(ren)工(gong)智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)(de)重要途徑之一(yi)。為執行(xing)復(fu)雜(za)的(de)(de)(de)(de)人(ren)工(gong)智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)任務，神(shen)(shen)經(jing)網(wang)(wang)絡硬件(jian)(jian)(jian)系(xi)統(tong)對電子突(tu)(tu)觸器(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)提出了諸(zhu)多苛(ke)刻要求，如(ru)：非易失電導態(tai)(tai)數目（用于(yu)(yu)模(mo)擬腦突(tu)(tu)觸的(de)(de)(de)(de)連續可調性(xing)）大于(yu)(yu) 100，非線(xian)性(xing)度小于(yu)(yu) 1（好的(de)(de)(de)(de)線(xian)性(xing)度有(you)助(zhu)于(yu)(yu)精準調控電導），開關比大于(yu)(yu) 100，翻(fan)轉耐久(jiu)大于(yu)(yu) 109 次，周(zhou)期隨機性(xing)小于(yu)(yu) 3%。然(ran)(ran)而，已報(bao)道的(de)(de)(de)(de)類腦突(tu)(tu)觸器(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)無法全面滿足上述指標要求。
李曉光(guang)教授團(tuan)隊制(zhi)備了高(gao)(gao)質量的(de)鐵電(dian)(dian)(dian)隧道結，通(tong)過(guo) PZT（壓(ya)電(dian)(dian)(dian)陶(tao)瓷(ci)驅動器(qi)(qi)）超(chao)薄厚度和取向的(de)設(she)計(ji)，獲得了更(geng)(geng)小的(de)鐵電(dian)(dian)(dian)疇和更(geng)(geng)連(lian)續的(de)翻轉動力學行為，更(geng)(geng)豐富的(de)鐵電(dian)(dian)(dian)多疇亞穩(wen)態(tai)利于(yu)類腦(nao)突(tu)觸(chu)器(qi)(qi)件中(zhong)多態(tai)的(de)可(ke)控(kong)調(diao)節。該器(qi)(qi)件表現出優異的(de)綜合性(xing)能：其 8 比(bi)特線(xian)性(xing)電(dian)(dian)(dian)導(dao)調(diao)控(kong)和高(gao)(gao)耐(nai)久性(xing)，滿足類腦(nao)突(tu)觸(chu)器(qi)(qi)件的(de)核心(xin)性(xing)能指標要求。基于(yu)該器(qi)(qi)件性(xing)能仿(fang)真構建(jian)的(de)神經(jing)網絡具有(you)高(gao)(gao)圖像識(shi)別率(lv)，即使在(zai)圖片中(zhong)引入椒(jiao)鹽(yan)噪(zao)聲(sheng)或(huo)高(gao)(gao)斯噪(zao)聲(sheng)，其識(shi)別圖片的(de)準確率(lv)仍然(ran)大于(yu) 85%。此外(wai)，該器(qi)(qi)件具有(you)亞納秒超(chao)快操作速(su)度，而且其能耗低(di)至(zhi)飛焦(jiao)級(ji)。研(yan)究人(ren)員經(jing)過(guo)推算表明，該鐵電(dian)(dian)(dian)隧道結構建(jian)的(de)神經(jing)網絡計(ji)算系(xi)統，有(you)可(ke)能實現相當(dang)于(yu)人(ren)腦(nao)的(de)優秀能效，而人(ren)腦(nao)神經(jing)元(yuan)突(tu)觸(chu)單次脈沖能耗約(yue) 10 飛焦(jiao)。人(ren)腦(nao)突(tu)觸(chu)響(xiang)應速(su)度約(yue)亞毫秒，其響(xiang)應速(su)度也比(bi)人(ren)腦(nao)突(tu)觸(chu)快 6 個量級(ji)，堪稱媲美人(ren)腦(nao)突(tu)觸(chu)的(de)能效表現。
據了(le)解，上述結果展現了(le)鐵電隧道結在構建未來(lai)高性(xing)能類腦人工智(zhi)能計(ji)算硬件系統方面的重(zhong)要潛力。
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