Исследование электрофизических свойств комбинированного мемристорно-диодного кроссбара, являющегося основой для аппаратной реализации биоморфного нейропроцессора

Pisarev, A. D.; Busygin, A. N.; Bobylev, A. N.; Gubin, A. A.; Udovichenko, S. Yu.; Писарев, А. Д.; Бусыгин, А. Н.; Бобылев, А. Н.; Губин, А. А.; Удовиченко, С. Ю.

С целью проверки работоспособности запоминающей и логической матриц биоморфного нейропроцессора изготовлен комбинированный мемристорно-диодный кроссбар, являющийся основой этих матриц, и проведено исследование его электрофизических свойств. Изготовлен измерительный лабораторный стенд, который содержит мемристорно-диодный кроссбар и управляющую периферийную электрическую схему на дискретных элементах с КМОП-логикой, подключенную к источнику-измерителю Keithley SourceMeter 2400. Сделан выбор в пользу кремниевого перехода p-Si/n-Si, поскольку его электрические свойства лучше удовлетворяют требованиям, предъявляемым к диоду Зенера, по сравнению с переходом p-Si/ZnO. Изготовлен мемристорно-диодный кроссбар со структурой TiN/Ti0,93Al0,07Ox/p-Si/n-Si/W, включающей новый диод. Показано, что ячейка кроссбара с диодом p-Si/n-Si обладает лучшим выпрямляющим свойством по сравнению с ячейкой с диодом p-Si/ZnOx, поскольку ток в открытой ячейке при положительном напряжении значительно выше, чем при отрицательном напряжении. Высокое выпрямляющее свойство ячейки необходимо для функционирования диодной логики в логической матрице и при записи состояний мемристоров в запоминающей и логической матрицах. Проведено исследование электрофизических свойств мемристорно-диодного кроссбара: измерение вольт-амперных характеристик диода и мемристорно-диодной ячейки и обработка сигналов в следующих режимах: сложения выходных импульсов нейронов и их маршрутизации на синапсы других нейронов; умножения матрицы чисел на вектор, которое выполняется в запоминающей матрице при взвешивании и суммировании сигналов; а также ассоциативного самообучения. Впервые продемонстрирована генерация новой ассоциации (нового знания) в изготовленном мемристорно-диодном кроссбаре, в отличие от ассоциативного самообучения в существующих аппаратных нейросетях с синапсами на базе дискретных мемристоров. Определено изменение выходного тока ячейки кроссбара, связанное с протеканием паразитных токов через соседние ячейки. Показано, что, управляя параметрами диода Зенера, можно уменьшить энергопотребление при работе комбинированного кроссбара. Полученные электрофизические характеристики свидетельствуют об эффективной работоспособности комбинированного мемристорно-диодного кроссбара, предназначенного для изготовления запоминающей и логической матриц.

Связанные документы (рекомендация CORE)

Партнеры

Индексация