[發(fā)明專利]一種實現(xiàn)憶阻突觸器件多樣化STDP的方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911403919.4
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111129297B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設計）人: 劉力鋒;李睿意;丁向向;馮玉林;黃鵬;康晉鋒;張興
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L21/67
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權代理有限公司 11002
• 代理人: 陳玉婷

本發(fā)明實施例提供一種實現(xiàn)憶阻突觸器件多樣化STDP的方法及系統(tǒng)，該包括：對憶阻突觸器件進行權重調(diào)制，獲取憶阻突觸器件在穩(wěn)定組態(tài)下的穩(wěn)態(tài)阻值范圍和脈沖激勵閾值范圍；基于穩(wěn)態(tài)阻值范圍和脈沖激勵閾值范圍，設計憶阻突觸器件的脈沖對波形；根據(jù)脈沖對波形獲取相應的脈沖對；利用所述脈沖對作用于憶阻突觸器件，以實現(xiàn)憶阻突觸器件的多樣化STDP。本實施例提供的實現(xiàn)憶阻突觸器件多樣化STDP的方法及系統(tǒng)，通過確定憶阻突觸器件的穩(wěn)態(tài)阻值范圍和脈沖激勵閾值范圍，設計出多樣化的脈沖波形，能夠獲取到300％以上的最大突觸權重改變量，以及納秒級的超快時間窗口，實現(xiàn)對于憶阻突觸器件的連續(xù)、多樣化STDP調(diào)制。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體集成電路領域，尤其涉及一種實現(xiàn)憶阻突觸器件多樣化STDP的方法及系統(tǒng)。

背景技術

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，亟需構建類腦神經(jīng)網(wǎng)絡以增強信息處理能力。人腦突觸的巨大數(shù)量，使基于傳統(tǒng)CMOS器件的神經(jīng)網(wǎng)絡極為復雜。憶阻器因具有可微縮、低功耗、多阻態(tài)等優(yōu)勢，能有效的減小芯片尺寸及能耗，具有作為突觸器件的潛能。脈沖時序依賴可塑性(Spiking-timing-dependent Plasticity，STDP)是大腦學習與記憶的基礎，模擬STDP功能被認為是實現(xiàn)人工神經(jīng)網(wǎng)絡的關鍵。

目前，多種基于脈沖幅值或脈寬的調(diào)制方法已經(jīng)被提出，但尚未給出實現(xiàn)多樣化STDP調(diào)制的統(tǒng)一原理，更未能給出具體設計方案。所提供的STDP法則權重改變量較小，未達到生物現(xiàn)象要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明實施例提供一種實現(xiàn)憶阻突觸器件多樣化STDP的方法及系統(tǒng)。

第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種實現(xiàn)憶阻突觸器件多樣化STDP的方法，包括：對憶阻突觸器件進行權重調(diào)制，獲取憶阻突觸器件在穩(wěn)定組態(tài)下的穩(wěn)態(tài)阻值范圍和脈沖激勵閾值范圍；基于穩(wěn)態(tài)阻值范圍和脈沖激勵閾值范圍，設計憶阻突觸器件的脈沖對波形；根據(jù)脈沖對波形獲取相應的脈沖對；利用脈沖對作用于憶阻突觸器件，以實現(xiàn)憶阻突觸器件的多樣化STDP。

進一步地，上述對憶阻突觸器件進行權重調(diào)制，獲取憶阻突觸器件在穩(wěn)定組態(tài)下的穩(wěn)態(tài)阻值范圍和脈沖激勵閾值范圍，包括：對憶阻突觸器件的前后突觸分別施加不同的調(diào)制脈沖，并根據(jù)調(diào)制脈沖對前后突觸權重的增強及抑制效果，確定憶阻突觸器件在穩(wěn)定組態(tài)時的穩(wěn)態(tài)阻值范圍和脈沖激勵閾值范圍。

進一步地，上述不同的調(diào)制脈沖為脈沖幅值不同的調(diào)制脈沖。

進一步地，上述基于穩(wěn)態(tài)阻值范圍和所述脈沖激勵閾值范圍，設計憶阻突觸器件的脈沖對波形，包括：

基于所述穩(wěn)態(tài)阻值范圍和所述脈沖激勵閾值范圍，獲取憶阻突觸器件處于穩(wěn)定組態(tài)時，電阻與脈沖幅值的關系；根據(jù)電阻與脈沖幅值的關系，確定憶阻突觸器件處于穩(wěn)定組態(tài)時，電導改變量與脈沖幅值的關系；結合多樣化STDP標準曲線，擬合獲取前后突觸權重的改變量與前后神經(jīng)元激勵時序的關系；根據(jù)電導改變量與脈沖幅值的關系和前后突觸權重的改變量與前后神經(jīng)元激勵時序的關系，確定脈沖幅值與時間間隔的關系；根據(jù)脈沖幅值與時間間隔的關系，獲取憶阻突觸器件的脈沖對波形；脈沖對波形中任一單獨脈沖的幅值位于激勵閾值范圍內(nèi)，且任一脈沖對的疊加脈寬位于激勵閾值范圍外。

進一步地，上述憶阻突觸器件的脈沖對波形，包括非對稱型Hebbian波形、非對稱型反Hebbian波形、對稱型Hebbian波形以及對稱型反Hebbian波形。

進一步地，上述非對稱型Hebbian波形、非對稱型反Hebbian波形為三角波與方波的組合波形；所述對稱型Hebbian波形以及對稱型反Hebbian波形為突觸前端方波與突觸后端三角波的組合波形。

進一步地，上述根據(jù)脈沖對波形獲取相應的脈沖對，包括：根據(jù)脈沖對波形獲取施加于憶阻突觸器件的前后脈沖的疊加幅值與時間間隔的關系；根據(jù)疊加幅值與時間間隔的關系，確定每個脈沖對。