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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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微電子所等在類腦感知計算領(lǐng)域獲進展

2020-01-17 微電子研究所

【字體：大中小】

語音播報

　　近日，中國科學(xué)院微電子研究所重點實驗室劉明團隊與美國馬薩諸塞大學(xué)楊建華團隊合作，基于微電子所研制的NbO_x-Mott憶阻器，構(gòu)建了一種高效的人工脈沖傳入神經(jīng)電路用于傳感器到脈沖數(shù)據(jù)處理中心之間的接口。NbO_x-Mott憶阻器作為一種新原理器件，其結(jié)構(gòu)簡單、可微縮性好、易于大規(guī)模集成，具有高可靠性和豐富的動態(tài)轉(zhuǎn)變（絕緣態(tài)-金屬態(tài)轉(zhuǎn)變）特性。構(gòu)建的接口電路成功實現(xiàn)了傳感器感知的模擬電信號到頻率依賴的脈沖信號的轉(zhuǎn)換，簡化了傳感器與脈沖數(shù)據(jù)處理中心的信息接口。其頻率響應(yīng)與非有害刺激強度下的輸入電壓呈現(xiàn)準線性關(guān)系，且傾向于在有害輸入強度下停止發(fā)放脈沖，與生物傳入神經(jīng)相似。為了驗證該接口的應(yīng)用，研究人員進一步將該傳入神經(jīng)電路與壓電傳感器連接，構(gòu)建了一個無需任何外部電源的人工脈沖機械感受系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)毫π盘栕龀鲰憫?yīng)，并將壓力強度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的脈沖頻率以供脈沖數(shù)據(jù)處理中心使用。

　　此外，該接口電路易于擴展至處理來自各種傳感器的信號，如嗅覺、味覺、視覺、聽覺、溫度、磁場和濕度等。傳入神經(jīng)電路（接口電路）除可用于構(gòu)建多種傳感系統(tǒng)外，還具有神經(jīng)元的積分發(fā)射特性，適用于實現(xiàn)脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。該神經(jīng)電路可進一步用于構(gòu)造復(fù)雜的脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來處理信息，有望實現(xiàn)集感存算于一體的高效智能終端系統(tǒng)。

　　上述研究成果于1月2日發(fā)表在《自然-通訊》期刊上（Nature Communications，DOI:10.1038/s41467-019-13827-6）。微電子所博士生張續(xù)猛為該文章的第一作者，微電子所研究員劉明、劉琦和馬薩諸塞大學(xué)教授楊建華為共同通訊作者。上述工作部分得到國家基金委、科技部、中科院等的資助。

　　論文鏈接

　　a.生物體機械感受系統(tǒng)原理圖。皮膚中的感受器感受外界刺激，傳入神經(jīng)產(chǎn)生動作電位并傳輸?shù)酱竽X皮層的中樞系統(tǒng)進行進一步處理；b.人工機械脈沖感受系統(tǒng)原理圖，包括壓電傳感器和傳入神經(jīng)電路（ASAN）。傳入神經(jīng)電路產(chǎn)生脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SNNs）可以處理的脈沖信號

　　當(dāng)前，人類社會正由信息化向智能化發(fā)展。智能化社會的構(gòu)建需要信息技術(shù)系統(tǒng)能夠?qū)ν饨绛h(huán)境信息進行實時獲取、高效處理并及時做出決策。發(fā)展“感存算一體化”的低功耗智能信息處理系統(tǒng)是其重要趨勢。脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為下一代神經(jīng)形態(tài)計算技術(shù)，是構(gòu)建高能效存算一體數(shù)據(jù)處理中心的理想選擇。為實現(xiàn)脈沖機制的感存算一體智能處理系統(tǒng)，需要構(gòu)建高效的感知信息接口（生物學(xué)上稱為傳入神經(jīng)）來建立脈沖數(shù)據(jù)處理中心與傳感器之間的實時聯(lián)系。
　　近日，中國科學(xué)院微電子研究所重點實驗室劉明團隊與美國馬薩諸塞大學(xué)楊建華團隊合作，基于微電子所研制的NbOx-Mott憶阻器，構(gòu)建了一種高效的人工脈沖傳入神經(jīng)電路用于傳感器到脈沖數(shù)據(jù)處理中心之間的接口。NbOx-Mott憶阻器作為一種新原理器件，其結(jié)構(gòu)簡單、可微縮性好、易于大規(guī)模集成，具有高可靠性和豐富的動態(tài)轉(zhuǎn)變（絕緣態(tài)-金屬態(tài)轉(zhuǎn)變）特性。構(gòu)建的接口電路成功實現(xiàn)了傳感器感知的模擬電信號到頻率依賴的脈沖信號的轉(zhuǎn)換，簡化了傳感器與脈沖數(shù)據(jù)處理中心的信息接口。其頻率響應(yīng)與非有害刺激強度下的輸入電壓呈現(xiàn)準線性關(guān)系，且傾向于在有害輸入強度下停止發(fā)放脈沖，與生物傳入神經(jīng)相似。為了驗證該接口的應(yīng)用，研究人員進一步將該傳入神經(jīng)電路與壓電傳感器連接，構(gòu)建了一個無需任何外部電源的人工脈沖機械感受系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)毫π盘栕龀鲰憫?yīng)，并將壓力強度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的脈沖頻率以供脈沖數(shù)據(jù)處理中心使用。
　　此外，該接口電路易于擴展至處理來自各種傳感器的信號，如嗅覺、味覺、視覺、聽覺、溫度、磁場和濕度等。傳入神經(jīng)電路（接口電路）除可用于構(gòu)建多種傳感系統(tǒng)外，還具有神經(jīng)元的積分發(fā)射特性，適用于實現(xiàn)脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。該神經(jīng)電路可進一步用于構(gòu)造復(fù)雜的脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來處理信息，有望實現(xiàn)集感存算于一體的高效智能終端系統(tǒng)。
　　上述研究成果于1月2日發(fā)表在《自然-通訊》期刊上（Nature Communications，DOI:10.1038/s41467-019-13827-6）。微電子所博士生張續(xù)猛為該文章的第一作者，微電子所研究員劉明、劉琦和馬薩諸塞大學(xué)教授楊建華為共同通訊作者。上述工作部分得到國家基金委、科技部、中科院等的資助。
　　論文鏈接
　　a.生物體機械感受系統(tǒng)原理圖。皮膚中的感受器感受外界刺激，傳入神經(jīng)產(chǎn)生動作電位并傳輸?shù)酱竽X皮層的中樞系統(tǒng)進行進一步處理；b.人工機械脈沖感受系統(tǒng)原理圖，包括壓電傳感器和傳入神經(jīng)電路（ASAN）。傳入神經(jīng)電路產(chǎn)生脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SNNs）可以處理的脈沖信號
　　

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