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清华精仪系施路平团队在类脑计算器件领域取得

发布时间:2019-09-13 14:20编辑:信息科学浏览(151)

    2019 年 1 月 21 日,第二届《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人”中国科技青年英雄榜颁奖典礼在北京国贸大酒店举行。

    2019年1月21日,第二届《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”(MIT Technology Review Innovators Under 35, MIT TR 35)中国科技青年英雄榜颁奖典礼在北京国贸大酒店举行。北京大学信息科学技术学院杨玉超研究员凭借“在类脑计算领域围绕物理—器件—集成这一主线进行深入研究工作”而入选“发明家”榜。

    清华精仪系施路平团队在类脑计算器件领域取得重要进展


    清华新闻网11月27日电 11月20日,清华大学精密仪器系类脑计算团队、清华大学类脑计算研究中心、北京大学化学与分子工程学院和清华大学生命科学学院共同在《先进材料》上在线发表题为《硒氧化铋三端忆阻器件中长短期可塑性共存和独立表达》的论文。该工作首次报道在忆阻器中能模拟同时存在且独立表达的神经突触长短期可塑性,为类脑计算器件的发展提供了重要的思路,并有望借此在类脑计算硬件网络中实现不同时域的神经动力学过程。

    突触可塑性被认为是生物大脑学习和记忆功能的基础。突触中既存在长期可塑性也存在短期可塑性,多种尺度的可塑性机制对揭示大脑复杂的认知功能有重要作用。而纳米器件和集成电路的发展为模拟大脑创造了技术条件。

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    基于硒氧化铋三端忆阻器件的神经突触仿生器件

    作为重要的神经突触仿生器件,忆阻器在过去十年中被广泛关注和研究。然而在以往的忆阻器中,长短期可塑性不能被同时和独立表达,这与生物突触中的行为截然不同。这一问题极大限制了基于忆阻器的类脑计算硬件网络功能。针对这一问题,该项工作提出利用三端忆阻器件实现长短期可塑性物理过程的空间分离和独立表达。电学测试表明,长短期可塑性的同时存在导致器件特有的电学响应特性。基于杂化密度泛函的量子力学第一性原理计算进一步解释了可塑性的原子尺度物理机理。这项工作也首次将硒氧化铋这种新型高迁移率层状半导体材料应用到忆阻器中,有望实现高速度、低功耗器件。借助长短期可塑性的共存特性,该项工作还建立了一个启发式的神经内稳态过程动力学模型,并通过循环脉冲神经网络进行了模拟。

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    神经突触仿生器件中同时存在且独立表达的长短期可塑性

    清华大学类脑计算研究中心联合校内七大院系的研究人员成立,从脑科学和计算机科学出发,形成软硬件全链条协同研发、从基元材料、器件到系统集成、芯片研发全方位整体研发的特色,致力于通用人工智能的类脑计算实现。团队自主设计研发的“天机”系列类脑芯片成果在电子器件顶级会议和计算机体系结构顶级会议上报告,并在《科学》智能机器人特刊上报道,针对类脑芯片自主研发的学习算法成果被人工智能顶级会议被录用。

    该项工作第一作者为清华大学精密仪器系博士生张子阳、北京大学化学与分子工程学院博士生李天然、清华大学精密仪器系博士生吴郁杰、清华大学生命科学学院本科生贾寅君。清华大学精密仪器系施路平教授、清华大学生命科学学院张伟教授、北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授、清华大学精密仪器系李黄龙助理教授是该项工作的共同通讯作者。该项工作受国家自然科学基金、苏州-清华创新引领行动专项、北京市脑科学专项、北京市未来芯片高精尖中心支持。

    原文链接:

    供稿:精仪系 编辑:赵姝婧 审核:襄楠

    北京大学信息科学技术学院微纳电子学系杨玉超研究员凭借“在类脑计算领域围绕物理—器件—集成这一主线进行深入研究工作”而入选“发明家”榜。在物理方面,他的系列原创性工作发展和完善了导电细丝理论,为基于忆阻器的存储和神经形态器件设计优化建立基础;在器件方面,他研制的离子栅控突触晶体管获得与生物突触水平相当的超低能耗;在集成方面,他提出并实现多种利于大规模集成的抗串扰忆阻器,集成了单元尺寸<100 nm、规模>1 k的高密度神经突触核,设计了高容错模糊化神经网络。此外,他的研究成果被“忆阻器之父”蔡少棠教授在教程论文中引为范例。

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    自1999年开始,《麻省理工科技评论》每年评选一批35岁以下最具创新性与影响力的科学家、科研工作者、科技创业者,从影响力、创新力、进取力、未来潜力、沟通力五个维度予以评估,旨在关注并寻找发明家、创业家、远见者、人文关怀者和先锋者,肯定他们在技术领域的创新工作,并激励他们继续在专业领域上取得更大的成就。他们当之中的许多人以灵感、勇气、创新和坚持改变了世界,例如网景浏览器创造者马克?安德森、雅虎创始人杨致远、谷歌联合创始人拉里?佩奇和谢尔盖?布林、脸书创始人马克?扎克伯格、CRISPR基因编辑技术顶尖研究者张峰等。

     

    2017年,MIT TR 35榜单正式落地中国;2018年1月30日,首张中国榜单揭晓。同年3月12日,启动第二届评选;经过严格的遴选程序,以及来自中国与全球顶尖学术机构、企业、投资机构50位专家的专业评审,于2019年1月21日正式公布了榜单,35位入选者涵盖人工智能、自然语言处理、新材料、新能源、生命科学、生物科技、自动驾驶等全球最前沿科学与技术。

    杨玉超在颁奖现场

    信息来源:“麻省理工科技评论APP”微信公众号

    在物理方面,杨玉超的系列原创性工作发展和完善了导电细丝理论,为基于忆阻器的存储和神经形态器件设计优化奠定基础;在器件方面,他研制的离子栅控突触晶体管获得与生物突触水平相当的超低能耗(30 fJ);在集成方面,他提出并实现多种利于大规模集成的抗串扰忆阻器,集成了单元尺寸<100 nm、规模>1 k的高密度神经突触核,设计了高容错模糊化神经网络。此外,他的研究成果被“忆阻器之父”蔡少棠教授在教程论文中引为范例。

    自1999年开始,《麻省理工科技评论》每年评选一批35岁以下最具创新性与影响力的科学家、科研工作者、科技创业者,从影响力、创新力、进取力、未来潜力、沟通力五个维度予以评估,旨在关注并寻找发明家、创业家、远见者、人文关怀者和先锋者,肯定他们在技术领域的创新工作,并激励他们继续在专业领域取得更大的成就。他们当中的许多人以灵感、勇气、创新和坚持改变了世界,例如网景浏览器创造者马克▪安德森(Mark Anderson)、雅虎创始人杨致远、谷歌联合创始人拉里▪佩奇(Larry Page)和谢尔盖▪布林(Sergey Brin)、脸书创始人马克▪扎克伯格(Mark Zuckberg)、CRISPR基因编辑技术顶尖研究者张峰等。

    2017年,MIT TR 35榜单正式落地中国;2018年1月30日,首张中国榜单揭晓;同年3月12日,启动第二届评选。经过严格的遴选程序,以及来自中国与全球顶尖学术机构、企业、投资机构50位专家的专业评审,于2019年1月21日正式公布了榜单,35位入选者涵盖人工智能、自然语言处理、新材料、新能源、生命科学、生物科技、自动驾驶等全球最前沿科学与技术。

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