[發明專利]一種阻變器件的突觸模擬方法及系統

有效

• 申請號: 202010130078.0
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111323654B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 劉力鋒;馬躍馳;于敖;王澤昊;丁向向;馮玉林;張興
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01R27/28
• 分類號: G01R27/28;G01R27/30
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 張睿

本發明實施例提供一種阻變器件的突觸模擬方法及系統，該方法包括：在第一時刻對目標阻變器件的頂電極施加第一正弦波信號；在第二時刻對所述目標阻變器件的底電極施加第二正弦波信號；調整所述第一時刻和所述第二時刻之間的時間間隔，并調整所述第一正弦波信號的頻率和所述第二正弦波信號的頻率，獲取所述目標阻變器件的突觸模擬曲線；根據所述目標阻變器件的突觸模擬曲線，對所述目標阻變器件進行突觸模擬。本發明實施例提供的一種阻變器件的突觸模擬方法及系統，可以對阻變器件的突觸可塑性進行測試，得到阻變器件的突觸與時間、頻率兩方面之間的變化關系，從而在使用該阻變器件時，阻變器件能更好的對突觸進行模擬。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路及其制造技術領域，尤其涉及一種阻變器件的突觸模擬方法及系統。

背景技術

突觸是構建神經系統的基本組成單元，自身具有可塑性，根據電信號時間先后刺激與頻率進行權重調節，達到學習記憶功能。阻變器件(簡稱RRAM)是一種基于阻值變化來記錄存儲數據信息的非易失性存儲器器件，阻變器件是天然的電子突觸，因為具有功耗低，斷電非易失性和連續的阻值變化狀態，可用來模擬多種生物學行為，如SRDP、STDP、LTP等學習法則。

當前突觸可塑性根據突觸權重保持時間的長短可分為兩類，分別是：短期突觸可塑性與長期突觸可塑性。通常認為突觸權重保持100s以上的為長期可塑性，以下為短期。其中，長期突觸可塑性可分為長時程增強(Long-term Potentiation，簡稱LTP)和長時程抑制(Long-term Depression，簡稱LTD)。

LTP長時程增強是指突觸受到刺激后連接強度增加，且可以維持較長時間的現象。相應地，LTD長時程抑制是指突觸連接強度減小并維持較長時間的現象。

Hebb于1949年提出Hebbian學習法則，這也是突觸可塑性的基本原理。突觸前神經元持續反復的興奮，可以激發突觸后神經元，使突觸權重增加。而脈沖時序依賴可塑性(Spike-timing-dependent Plasticity，簡稱STDP)則是最基本的Hebbian學習法則，具體是指突觸前神經元活動(Pre-spike)和突觸后神經元活動(Post-spike)的先后順序，或者說發生活動的時間間隔，將影響突觸權重調節的特性。

SRDP是突觸后神經元處于某一極低的信號頻率下，不引起權重調節，處于靜息狀態；處于某一中等頻率下，引起長時程抑制，權重降低；處于某一較高頻率下，引起長時程增強，權重增強。

在利用RRAM器件進行突觸可塑性模擬時，現有技術中只能單獨模擬脈沖時序依賴可塑性或者頻率依賴可塑性，不能同時模擬時序依賴可塑性和頻率依賴可塑性，從而使得阻變器件的突觸模擬精度較低。

因此，亟需一種同時模擬時序依賴可塑性和頻率依賴可塑性的脈沖時序對RRAM器件進行突觸可塑性測試，得到突觸可塑性測試結果，從而提高阻變器件的突觸模擬精度。

發明內容

為了解決上述問題，本發明實施例提供一種阻變器件的突觸模擬方法及系統。

第一方面，本發明實施例提供一種阻變器件的突觸模擬方法，包括：在第一時刻對目標阻變器件的頂電極施加第一正弦波信號；

在第二時刻對所述目標阻變器件的底電極施加第二正弦波信號，其中，所述第一時刻和所述第二時刻不同，所述第一正弦波信號的頻率和所述第二正弦波信號的頻率不同，所述第一正弦波信號的頻率和所述第二正弦波信號的頻率分別位于預設頻率閾值兩邊；

調整所述第一時刻和所述第二時刻之間的時間間隔，并調整所述第一正弦波信號的頻率和所述第二正弦波信號的頻率，重復上述過程，直到所述目標阻變器件的突觸模擬曲線與生物突觸學習曲線之間的差值在預設范圍之內，獲取所述目標阻變器件的突觸模擬曲線，所述突觸模擬曲線表示突觸和所述第一時刻與所述第二時刻之間的時間間隔、所述第一正弦波信號的頻率和所述第二正弦波信號的頻率之間的關系；