Akụkọ

Ngwa nhazi data n'ezie chọrọ kọmpat, obere latency, sistemụ mgbako dị ala. Site na ike ịgbakọ ihe omume na-akwalite, metal-oxide-semiconductor hybrid memristive neuromorphic architectures na-enye ntọala ngwaike dị mma maka ọrụ ndị dị otú ahụ. Iji gosipụta ike zuru oke nke sistemu ndị dị otú ahụ, anyị na-atụ aro ma jiri nnwale gosipụta ihe ngwọta nhazi ihe mmetụta maka ngwa nbipụta ihe n'ezie. N'ịbụ onye na-akpali mmụọ sitere na neuroanatomy nke ikwiikwii, anyị ewepụtala sistemu nhazi mpaghara ihe omume sitere n'ike mmụọ nsọ nke na-ejikọta transducer piezoelectric micromechanical transducer ọgbara ọhụrụ yana ebe nchekwa neuromorphic na-eguzogide eserese. Anyị na-egosi nha nke sistemu arụpụtara nke gụnyere ihe nchọta ihe nhụsianya ndakpọ ndabara dabere na ebe nchekwa, sekit ahịrị igbu oge, yana transducer ultrasonic nwere ike ịhazi ya nke ọma. Anyị na-eji nsonaazụ nnwale ndị a iji mezie simulations na ọkwa sistemụ. A na-eji ihe ngosi ndị a nyochaa mkpebi angular na ike ike nke ụdị nhazi ihe. Nsonaazụ na-egosi na ụzọ anyị nwere ike ịbụ ọtụtụ iwu dị ukwuu karịa ike karịa microcontrollers na-arụ otu ọrụ ahụ.
Anyị na-abanye n'oge mgbakọ na mwepụ n'ebe niile ebe ọnụọgụ ngwaọrụ na sistemu etinyegoro na-eto nke ukwuu iji nyere anyị aka na ndụ anyị kwa ụbọchị. A na-atụ anya ka usoro ndị a na-aga n'ihu na-aga n'ihu, na-eri obere ike dị ka o kwere mee ka ị na-amụta ịkọwa data ha na-anakọta site na ọtụtụ sensọ ozugbo ma mepụta ọnụọgụ ọnụọgụ abụọ n'ihi nhazi ọkwa ma ọ bụ ọrụ njirimara. Otu n'ime usoro kachasị mkpa achọrọ iji nweta ihe mgbaru ọsọ a bụ iwepụta ozi bara uru na kọmpat site na ụda mkpọtụ na mgbe ezughị ezu data mmetụta. Usoro injinia na-eme ihe na-ahụkarị ihe nrịbama sensọ na ọnụ ọgụgụ dị elu mgbe niile, na-ewepụta data buru ibu ọbụlagodi na enweghị ntinye bara uru. Na mgbakwunye, ụzọ ndị a na-eji usoro nhazi mgbama dijitalụ gbagwojuru anya iji hazie data ntinye (na-emekarị mkpọtụ). Kama, bayoloji na-enye ụzọ ọzọ maka ịhazi data mmetụta uche na-eme mkpọtụ site na iji ike na-arụ ọrụ nke ọma, asynchronous, ihe omume na-ebute ụzọ (spikes)2,3. Mgbakọ Neuromorphic na-enweta ume sitere na usoro ndu iji belata ọnụ ahịa mgbakọ na mwepụ n'ihe gbasara ike na ebe nchekwa chọrọ ma e jiri ya tụnyere usoro nhazi mgbaàmà ọdịnala4,5,6. N’oge na-adịbeghị anya, sistemu gbadoro ụkwụ n’ụbụrụ ọhụrụ na-emejuputa netwọkụ akwara ozi (TrueNorth7, BrainScaleS8, DYNAP-SE9, Loihi10, Spinnaker11) egosipụtala. Ndị na-arụ ọrụ ndị a na-enye ike dị ala, ihe ngwọta dị ala maka mmụta igwe na nhazi sekit cortical. Iji jiri ike ha rụọ ọrụ nke ọma, ndị nrụpụta neuromorphic ndị a ga-ejikọrịrị na sensọ na-ebute ihe omume12,13. Agbanyeghị, taa enwere naanị ngwaọrụ mmetụ ole na ole na-enye data sitere na mmemme ozugbo. Ihe atụ ndị a ma ama bụ ihe mmetụta visual ike (DVS) maka ngwa ọhụụ dị ka nsochi na nchọpụta ngagharị14,15,16,17 silicon cochlea18 na neuromorphic auditory sensọ (NAS)19 maka nhazi mgbaàmà auditory, sensọ olfactory20 na ọtụtụ ihe atụ21,22 nke aka. . ihe mmetụta textures.
N'ime akwụkwọ a, anyị na-eweta usoro nhazi ihe nlegharị anya nke emepụtara ọhụrụ nke etinyere na mpaghara ihe. N'ebe a, maka oge mbụ, anyị na-akọwa usoro njedebe na njedebe maka nhazi ihe a na-enweta site na ijikọ piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (pMUT) nke ọgbara ọhụrụ na eserese mgbakọ na-adabere na ebe nchekwa neuromorphic resistive (RRAM). Ihe owuwu mgbako ebe nchekwa na-eji RRAM bụ ihe ngwọta na-ekwe nkwa ibelata oriri ike23,24,25,26,27,28,29. Ihe okike ha na-adịghị agbanwe agbanwe-anaghị achọ ike ike na-arụ ọrụ iji chekwaa ma ọ bụ melite ozi-bụ ihe dabara nke ọma na ọdịdị asynchronous, ihe omume na-akpata nke kọmpụta neuromorphic, na-ebute nso-enweghị ike ọ bụla mgbe sistemụ na-arụ ọrụ. Piezoelectric micromachined ultrasonic transducers (pMUTs) dị ọnụ ala, obere silicon dabeere ultrasonic transducers nwere ike ime dị ka ndị na-ebufe na nnata30,31,32,33,34. Iji hazie akara ngosi nke ihe mmetụta arụnyere arụnyere n'ime ya nwetara, anyị nwetara mmụọ nsọ site na ikwiikwii barn neuroanatomy35,36,37. A maara ikwiikwii ọba Tyto alba maka ikike ịchụ nta abalị ya dị ịrịba ama n'ihi usoro nhazi mpaghara nke ọma. Iji gbakọọ ebe a na-eri anụ, usoro nhazi nke ikwiikwii n'ọba na-edobe oge ụgbọ elu (ToF) mgbe ụda ebili mmiri sitere na anụ anụ ruru nke ọ bụla n'ime ntị ikwiikwii ma ọ bụ ndị na-anabata ụda. Nyere anya dị n'etiti ntị, ọdịiche dị n'etiti nha abụọ ToF (Interaural Time Difference, ITD) na-eme ka o kwe omume iji nyocha gbakọọ ọnọdụ azimuth nke ebumnuche. Ọ bụ ezie na sistemu ihe ndị dị ndụ adabaghị nke ọma n'ịdozi nhata algebra, ha nwere ike dozie nsogbu nhazi mpaghara nke ọma. Sistemụ ụjọ nke ikwiikwii n'ọba na-eji otu ihe nchọta ihe nhụsianya (CD) neurons 35 (ya bụ, neurons nwere ike ịchọpụta njikọ oge n'etiti spikes na-agbasa ala na njedebe mmekpa ahụ) 38,39 ahaziri n'ime eserese mgbakọ na mwepụ iji dozie nsogbu nhazi.
Nnyocha gara aga egosila na ngwaike metal-oxide-semiconductor (CMOS) na ngwaike neuromorphic nke RRAM sitere na colliculus dị ala ("cortex auditory") nke ikwiikwii barn bụ ụzọ dị mma maka ịgbakọ ọnọdụ site na iji ITD13, 40, 41, 42,43. Nsogbu bụ isi bụ mgbanwe dị iche iche nke sekit CMOS analọg, nke na-emetụta izi ezi nke nchọpụta egwuregwu. N'oge na-adịbeghị anya, egosipụtala mmejuputa ọnụọgụgụ ọzọ nke atụmatụ ITD47. N'ime akwụkwọ a, anyị na-atụ aro ka iji ikike RRAM gbanwee uru omume n'ụzọ na-adịghị agbanwe agbanwe iji gbochie mgbanwe na sekit analọg. Anyị mebere usoro nnwale nke nwere otu pMUT na-ebunye akpụkpọ anụ na-arụ ọrụ na ugboro 111.9 kHz, pMUT abụọ na-anata membranes (sensors) na-eme ka ntị ikwiikwii barn, na otu . Anyị ji nnwale mara sistemu nchọpụta pMUT yana eserese ITD dabere na RRAM iji nwalee sistemụ mpaghara anyị wee nyochaa mkpebi akụkụ ya.
Anyị na-atụnyere usoro anyị na ntinye dijitalụ na microcontroller na-arụ otu ọrụ nhazi site na iji usoro beamforming ma ọ bụ usoro neuromorphic, yana usoro ọnụ ụzọ ámá mmemme (FPGA) maka nleba anya ITD nke atụpụtara na ntụaka ahụ. 47. Ntụle a na-akọwapụta arụmọrụ ike asọmpi nke usoro neuromorphic analog nke RRAM na-atụ aro.
Enwere ike ịhụ otu n'ime ihe atụ kachasị dị egwu nke usoro nhazi mpaghara ihe ziri ezi ma dịkwa mma na barn owl35,37,48. N'uhuruchi na chi ọbụbọ, ikwiikwii barn (Tyto Alba) na-adabere na ige ntị nke ọma, na-achọsi ike ịhụ obere anụ dị ka voles ma ọ bụ oke. Ndị ọkachamara na-ege ntị nwere ike iji izi ezi na-eju anya (ihe dịka 2°)35, dị ka egosiri na Fig. 1a. Ikwiikwii Barn na-achọpụta ebe ụda ụda dị na azimuth (horizontal) ụgbọ elu si dị iche na oge ụgbọ elu na-abata (ITD) site na ụda ụda ruo na ntị abụọ. Jeffress49,50 tụpụtara usoro mgbakọ ITD nke dabere na geometry akwara ma chọọ akụkụ abụọ dị mkpa: axon, eriri akwara neuron na-arụ ọrụ dị ka ahịrị igbu oge, yana ọtụtụ neurons ịchọpụta ihe ndaba adaba ahaziri n'ime usoro mgbakọ na mwepụ. eserese dị ka egosiri na eserese 1b. Ụda na-erute ntị site na azimuth dependent time delay (ITD). A na-atụgharị ụda ahụ ka ọ bụrụ ụkpụrụ ọsịsa na ntị ọ bụla. Axon nke ntị aka ekpe na aka nri na-arụ ọrụ dị ka ahịrị igbu oge ma na-agbakọta na neuron CD. N'ụzọ doro anya, ọ bụ naanị otu neuron n'ọtụtụ neurons dabara adaba ga-enweta ntinye n'otu oge (ebe igbu oge na-akagbu kpọmkwem) ma gbaa ọkụ kacha (mkpụrụ ndụ ndị agbata obi ga-agbakwa ọkụ, mana na obere oge). Ịrụ ọrụ ụfọdụ neurons na-etinye ọnọdụ nke ebumnuche na oghere na-enweghị ịtụgharị ITD gaa n'akụkụ. A na-achịkọta echiche a na Figure 1c: dịka ọmụmaatụ, ọ bụrụ na ụda na-abịa site n'akụkụ aka nri mgbe mgbaàmà ntinye sitere na ntị aka nri na-aga ogologo ụzọ karịa ụzọ site na ntị aka ekpe, na-akwụ ụgwọ maka ọnụ ọgụgụ nke ITDs, dịka ọmụmaatụ. mgbe neuron 2 dakọtara. N'ikwu ya n'ụzọ ọzọ, CD ọ bụla na-anabata ụfọdụ ITD (nke a makwaara dị ka oge kacha mma) n'ihi nkwụsịtụ axonal. Ya mere, ụbụrụ na-atụgharị ozi nwa oge ka ọ bụrụ ozi gbasara ohere. Achọtala ihe akaebe gbasara usoro a37,51. Neurons macronucleus akpọchiri nkebi na-echekwa ozi nwa oge gbasara ụda mbata: dịka aha ha pụtara, ha na-agba ọkụ n'ụfọdụ usoro mgbaama. Enwere ike ịchọta neurons ihe nchọpụta ndakọrịta nke ụdị Jeffress na isi laminar. Ha na-enweta ozi sitere na neurons macronuclear, ndị axon ha na-eme ka ahịrị igbu oge. Ọnụ ọgụgụ nke igbu oge na-enye site na ahịrị igbu oge nwere ike ịkọwa ogologo oge nke axon, yana usoro myelination ọzọ nke na-agbanwe ọsọ ọsọ. N'ịbụ onye sitere na usoro ihe nkiri nke ikwiikwii barn, anyị emepụtala usoro biomimetic maka ime ihe. Ndị nnata pMUT abụọ nọchiri anya ntị abụọ ahụ. Ụda ụda bụ pMUT transmitter dị n'etiti ha (Fig 1a), na eserese mgbakọ na-emepụta site na grid CD nke dabeere na RRAM (Fig 1b, green), na-arụ ọrụ nke CD neurons nke ntinye ya na-egbu oge. site na sekit, ahịrị igbu oge (acha anụnụ anụnụ) na-eme ihe dị ka axon na ngalaba ndu. Usoro ihe mmetụta uche dị iche iche na-arụ ọrụ ugboro ugboro na nke ikwiikwii, nke usoro ihe nkiri ya na-arụ ọrụ na 1-8 kHz, ma pMUT sensọ na-arụ ọrụ na ihe dịka 117 kHz na-eji ọrụ a. A na-atụle nhọrọ nke transducer ultrasonic dị ka teknụzụ na njikarịcha njirisi. Nke mbụ, ịmachi bandwidth nnata ka ọ bụrụ otu ugboro na-eme ka nha nha nha dị mfe ma mee ka usoro nhazi gachara. Tụkwasị na nke ahụ, ọrụ na ultrasound nwere uru na a naghị ege ụda ụda, ya mere emela ndị mmadụ nsogbu, ebe ọ bụ na ọnụ ọgụgụ ha dị ~ 20-20 kHz.
ikwiikwii barn na-enweta ụda ebili mmiri site na ebumnuche, na nke a na-ebugharị anụ. Oge ụgbọ elu (ToF) nke ụda ụda dị iche iche maka ntị ọ bụla (ọ gwụla ma anụ ahụ dị n'ihu n'ihu ikwiikwii). Ahịrị nwere ntụpọ na-egosi ụzọ ụda ebili mmiri na-aga ruo na ntị ikwiikwii ọba. Enwere ike ịhazi anụ oriri n'ụzọ ziri ezi na ụgbọ elu kwụ ọtọ dabere na ogologo ọdịiche dị n'etiti ụzọ ụda olu abụọ na ọdịiche oge interaural kwekọrọ (ITD) (onyinyo aka ekpe sitere n'ike mmụọ nsọ. 74, nwebisiinka 2002, Society for Neuroscience). Na sistemu anyị, pMUT transmitter (acha anụnụ anụnụ) na-ewepụta ụda ebili mmiri na-agbapụ ebumnuche. A na-enweta ebili mmiri ultrasound na-egosipụta site na ndị na-anata pMUT abụọ (ọkụ ndụ ndụ ndụ) ma na-ahazi ya site na nhazi neuromorphic (n'aka nri). b Ihe nlere mgbakọ ITD (Jeffress) na-akọwa otú ụda na-abanye n'ime ntị ikwiikwii barn si na-ebu ụzọ tinye koodu dị ka spikes na-ekpochi n'ime nnukwu oghere (NM) wee jiri usoro nhazi nke geometrically nke na-achọpụta neurons dabara na oghere lamellar. Nhazi (Netherland) (aka ekpe). Ihe atụ nke eserese mgbakọ na mwepụ neuroITD na-ejikọta ahịrị igbu oge na neurons na-achọpụta ihe na-adaba adaba, sistemụ biosensor ikwiikwii nwere ike iji sekit neuromorphic dabere na RRAM (n'aka nri). c Schematic nke isi usoro Jeffress, n'ihi ọdịiche dị na ToF, ntị abụọ ahụ na-enweta mkpali ụda n'oge dị iche iche ma ziga axon site na nsọtụ abụọ gaa na onye nchọpụta. Axon bụ akụkụ nke usoro neurons ihe nhụta ndakọrịta (CD), nke ọ bụla n'ime ha na-anabata nke ọma maka ntinye oge jikọtara ọnụ. N'ihi ya, ọ bụ naanị CD ndị ntinye ya na obere oge dị iche na-enwe obi ụtọ (a na-akwụ ụgwọ ITD kpọmkwem). CD ahụ ga-edobe ọnọdụ akụkụ akụkụ nke ebumnuche.
Piezoelectric micromechanical ultrasonic transducers bụ scalable ultrasonic transducers nwere ike jikọọ na elu CMOS technology31,32,33,52 na nwere ala mbụ voltaji na ike oriri karịa omenala volumetric transducers53. N'ime ọrụ anyị, oghere akpụkpọ ahụ bụ 880 µm, a na-ekesa ugboro ole resonant na nso nke 110-117 kHz (Fig 2a, lee Ụzọ maka nkọwa). N'ime ngwaọrụ nyocha iri, nkezi ihe dị mma bụ ihe dịka 50 (ntụgharị. 31). Teknụzụ ahụ eruola ntozu ụlọ ọrụ mmepụta ihe na ọ bụghị bioinspired kwa otu. Ijikọta ozi sitere na ihe nkiri pMUT dị iche iche bụ usoro ama ama, yana enwere ike nweta ozi akụkụ site na pMUT site na iji ihe atụ, teknụzụ beamforming31,54. Otú ọ dị, nhazi mgbaàmà achọrọ iji wepụ ozi akụkụ adịghị mma maka nha ike dị ala. Usoro a na-atụ aro na-ejikọta pMUT data neuromorphic na-ebu ụzọ na-arụ ọrụ sekit na eserese mgbako neuromorphic dabere na RRAM sitere n'ike mmụọ nsọ nke ụdị Jeffress (Ọnyocha 2c), na-enye ihe ngwọta ngwaike na-egbochi ike ọzọ. Anyị mere nnwale nke etinyere sensọ pMUT abụọ ihe dịka 10 cm iche iji jiri ụda ToF dị iche iche nwetara site na membran abụọ ahụ na-anata. Otu pMUT na-arụ ọrụ dị ka nnyefe na-anọdụ n'etiti ndị nnata. Ebumnuche bụ efere PVC 12 cm n'obosara, nke dị n'ebe dị anya D n'ihu ngwaọrụ pMUT (Fig 2b). Onye nnata na-edekọ ụda egosipụtara site na ihe ahụ wee meghachi omume dịka o kwere mee n'oge ntụgharị ụda. Tinyegharịa nnwale ahụ site n'ịgbanwe ọnọdụ nke ihe ahụ, kpebisiri ike site na anya D na akụkụ θ. Njikọ sitere n'ike mmụọ nsọ. 55, anyị na-atụpụta usoro neuromorphic tupu nhazi nke pMUT raw signals iji gbanwee ebili mmiri na-egosipụta ka ọ bụrụ ọnụ ọgụgụ kasị elu iji tinye eserese mgbakọ na mwepụ neuromorphic. A na-ewepụta ToF kwekọrọ na njupụta kacha elu site na ọwa abụọ a wee tinye koodu dịka oge nke ọnụ ọgụgụ kachasị elu nke onye ọ bụla. Na fig. 2c na-egosi sekit achọrọ iji mee ka ihe mmetụta pMUT jiri eserese mgbako dabere na RRAM: maka nke ọ bụla n'ime ndị na-anata pMUT abụọ, a na-enyocha akara ngosi nke band-pass ka ọ dị nro, mezie, wee nyefee ya na onye na-emekọ ihe na-emeri na ọnọdụ imeri. ọnụ ụzọ dị ike (Fig 2d) na-emepụta ihe omume mmepụta (spike) na firing (LIF) neuron: oge ​​mmepụta ihe na-egosi oge ụgbọ elu achọpụtara. A na-ahazi ọnụ ụzọ LIF megide nzaghachi pMUT, si otú a na-ebelata pMUT mgbanwe site na ngwaọrụ gaa na ngwaọrụ. Site na usoro a, kama ịchekwa ụda ebili mmiri niile na ebe nchekwa wee hazie ya ma emechaa, anyị na-ewepụta ọnụ ọgụgụ kacha elu dabara na ToF nke ụda ụda, nke na-etolite ntinye na eserese mgbako ebe nchekwa resistive. A na-eziga spikes ndị ahụ ozugbo na ahịrị igbu oge ma jikọta ya na modul nchọpụta egwuregwu na eserese ngụkọ neuromorphic. N'ihi na a na-ezigara ha n'ọnụ ụzọ ámá nke transistors, ọ dịghị ihe ọzọ a na-amụba sekit a chọrọ (lee Mgbakwunye Fig. 4 maka nkọwa). Iji nyochaa izizi angular mpaghara nke pMUT na-enye yana usoro nhazi mgbaàmà a tụrụ aro, anyị tụlere ITD (ya bụ, ọdịiche dị na oge n'etiti ihe omume kachasị elu nke ndị nnata abụọ mepụtara) ka anya na akụkụ nke ihe ahụ dịgasị iche. A tụgharịrị nyocha ITD ka ọ bụrụ akụkụ (lee Ụzọ) ma kpaa nkata megide ọnọdụ nke ihe ahụ: ejighị n'aka na ITD a tụrụ atụ mụbara na anya na akụkụ nke ihe ahụ (Fig 2e, f). Nsogbu bụ isi bụ oke-na-mkpọtụ (PNR) na nzaghachi pMUT. Ka ihe ahụ na-aga n'ihu, na-ebelata akara ngosi ụda, si otú ahụ na-ebelata PNR (Fig 2f, ahịrị akwụkwọ ndụ akwụkwọ ndụ). Mbelata nke PNR na-eduga n'ịbawanye nke ejighị n'aka na atụmatụ ITD, na-ebute mmụba na nhazi nhazi (Fig 2f, akara anụnụ anụnụ). Maka ihe dị n'ebe dị anya 50 cm site na onye na-ebufe ya, ihe ziri ezi nke akụkụ nke usoro ahụ dị ihe dịka 10 Celsius. Enwere ike imezi mmachi a site na njirimara nke ihe mmetụta. Dịka ọmụmaatụ, enwere ike ịbawanye nrụgide nke emitter zitere, si otú ahụ na-amụba voltaji na-ebu akpụkpọ anụ pMUT. Ihe ngwọta ọzọ iji kwalite mgbaàmà na-ebufe bụ ijikọ ọtụtụ ndị na-ebufe 56. Ngwọta ndị a ga-eme ka ọnụọgụ nchọpụta dịkwuo elu na-efunahụ ọnụ ahịa ume ike. Enwere ike ime nkwalite ndị ọzọ n'akụkụ nnabata. Enwere ike ibelata ụda mkpọtụ nke pMUT site na imeziwanye njikọ dị n'etiti pMUT na amplifier nke mbụ, nke ejiri njikọ waya na eriri RJ45 na-eme ugbu a.
Onyonyo nke kristal pMUT nwere membran isii 880 µm agbakwunyere na pitch 1.5 mm. b Eserese nke nhazi nha. Ebumnuche dị na azimuth ọnọdụ θ na n'ebe dị anya D. Onye na-ebufe pMUT na-emepụta akara ngosi 117.6 kHz nke na-agbapụ ihe mgbaru ọsọ ahụ wee rute ndị nnata pMUT abụọ nwere oge dị iche iche nke ụgbọ elu (ToF). Ọdịiche a, nke akọwara dị ka ọdịiche oge etiti-aural (ITD), na-edobe ọnọdụ nke ihe ma nwee ike ime atụmatụ site n'ịtụle nzaghachi kacha elu nke sensọ abụọ nnata. c Schematic nke usoro nhazi ụzọ maka ịtụgharị akara pMUT raw ka ọ bụrụ usoro spike (ya bụ ntinye na eserese ngụkọ neuromorphic). Emepụtala ma nwalee ihe mmetụta pMUT na eserese mgbakọ na mwepụ, na nhazi nke neuromorphic dabere na ịme anwansị ngwanrọ. d Nzaghachi nke akpụkpọ ahụ pMUT mgbe nnata nke mgbaama na ngbanwe ya na ngalaba spike. e Nleba anya nleba anya n'ụzọ ziri ezi dị ka ọrụ nke akụkụ ihe (Θ) na anya (D) n'ebe ihe ezubere iche nọ. Usoro mmịpụta ITD chọrọ opekempe mkpebi akụkụ nke ihe dịka 4°C. f Izi ezi nke akụkụ (akara anụnụ anụnụ) yana nha nha-na-mkpọtụ kwekọrọ (akara ndụ ndụ) na anya ihe maka Θ = 0.
Ebe nchekwa na-eguzogide ọgwụ na-echekwa ozi na ọnọdụ na-adịghị agbanwe agbanwe. Ụkpụrụ bụ isi nke usoro ahụ bụ na ngbanwe nke ihe dị na ọkwa atomiki na-eme ka mgbanwe na ọkụ eletrik ya57. N'ebe a, anyị na-eji ebe nchekwa resistive dabeere na oxide nke nwere akwa 5nm nke hafnium dioxide sandwiched n'etiti titanium elu na ala na titanium nitride electrodes. Enwere ike ịgbanwe conductivity nke ngwaọrụ RRAM site n'itinye ụdị ikuku dị ugbu a / voltaji nke na-emepụta ma ọ bụ na-agbaji filaments conductive nke ohere ikuku oxygen n'etiti electrodes. Anyị jikọtara ngwaọrụ ndị dị otú ahụ58 n'ime usoro CMOS ọkọlọtọ 130 nm iji mepụta sekit neuromorphic nke a na-emezigharị na-emejuputa ihe nchọpụta ihe ndaba na sekit ahịrị igbu oge (Fig 3a). Ọdịdị na-adịghị agbanwe agbanwe na nke analog nke ngwaọrụ ahụ, jikọtara ya na ihe omume na-eme ka sekit neuromorphic na-eme ka ọ dị ntakịrị, na-ebelata ike oriri. Sekit nwere ọrụ mgbanyụ / gbanyụọ ozugbo: ọ na-arụ ọrụ ozugbo agbanyechara ya, na-ekwe ka gbanyụọ ike kpamkpam mgbe sekit na-arụ ọrụ. Isi ihe owuwu ụlọ nke atụmatụ a tụrụ aro ka egosiri na fig. 3b. Ọ nwere ihe nrụpụta N parallel single-resistor single-transistor (1T1R) nke na-etinye ihe dị arọ synapti nke a na-esi na ya na-ebupụta mmiri dị arọ, na-agbanye n'ime synapse nkịtị nke njikọta ụzọ dị iche iche (DPI) 59, ma mesịa tinye ya na synapse na ntinye na ntinye. ntapu. neuron 60 arụ ọrụ (LIF) (lee usoro maka nkọwa). A na-etinye ntinye ntinye aka na ọnụ ụzọ ámá nke usoro 1T1R n'ụdị usoro nke voltaji pulses na ogologo oge n'usoro nke narị nanoseconds. Enwere ike itinye ebe nchekwa ihe mgbochi na steeti conductive dị elu (HCS) site n'itinye ntụaka dị mma nke mpụga na Vtop mgbe Vbottom gbadoro ụkwụ, wee tọgharịa na steeti conductive dị ala (LCS) site na itinye voltaji dị mma na Vbottom mgbe Vtop kwụsịrị. Enwere ike ịchịkwa nkezi uru nke HCS site na ịmachi mmemme ugbu a (mmekọrịta) nke SET (ICC) site na voltaji ọnụ ụzọ-isi iyi nke usoro transistor (Fig 3c). Ọrụ nke RRAM na sekit bụ okpukpu abụọ: ha na-eduzi ma na-atụ ụda ntinye ntinye.
Onyonyo nyocha eletrọn microscope (SEM) nke ngwaọrụ HfO2 1T1R RRAM na-acha anụnụ anụnụ agbakwunyere na teknụzụ CMOS 130 nm nwere transistor selector (650 nm wide) na akwụkwọ ndụ akwụkwọ ndụ. b Ihe mgbakwasị ụkwụ ụlọ nke atụmatụ neuromorphic a chọrọ. Ihe ntinye voltaji pulses (ọnụ ọnụ) Vin0 na Vin1 na-eri Iweight dị ugbu a, nke dabara na njikwa na-ekwu G0 na G1 nke usoro 1T1R. A na-agbanye ugbu a n'ime synapses DPI ma na-akpali neurons LIF. Awụnyere RRAM G0 na G1 na HCS na LCS n'otu n'otu. c Ọrụ nke njupụta conductance njupụta maka otu ngwaọrụ 16K RRAM dị ka ọrụ nke ICC ugbu a dakọtara, nke na-achịkwa ọkwa nchịkwa nke ọma. d Ihe nlere sekit na (a) na-egosi na G1 (na LCS) na-egbochi ntinye sitere na Vin1 (acha akwụkwọ ndụ akwụkwọ ndụ), na n'ezie voltaji akpụkpọ anụ neuron na-anabata naanị ntinye na-acha anụnụ anụnụ sitere na Vin0. RRAM na-ekpebi njikọ dị na sekit nke ọma. e Atụ nke sekit na (b) na-egosi mmetụta nke conductance uru G0 na membrane voltaji Vmem mgbe itinye a voltaji pulse Vin0. Ka omume na-abawanye, nzaghachi ya na-esiwanye ike: yabụ, ngwaọrụ RRAM na-arụ ọrụ nha njikọ I/O. Emere ihe nleba anya na sekit ma gosipụta ọrụ abụọ nke RRAM, ntụgharị na ịdị arọ nke pulses ntinye.
Nke mbu, ebe enwere steeti ndu uzo abuo (HCS na LCS), RRAM nwere ike igbochi ma obu tufuo usu ntinye mgbe ha no na steeti LCS ma obu HCS, n'otu n'otu. N'ihi ya, RRAM na-ekpebi njikọ dị na sekit nke ọma. Nke a bụ ihe ndabere maka inwe ike ịhazigharị ihe owuwu ụlọ. Iji gosipụta nke a, anyị ga-akọwapụta mmejuputa sekit a kpụrụ akpụ nke ngọngọ sekit na Fig. 3b. A na-ahazi RRAM kwekọrọ na G0 n'ime HCS, yana RRAM G1 nke abụọ ka emebere n'ime LCS. A na-etinye ihe ntinye ntinye na Vin0 na Vin1. A na-enyocha mmetụta nke usoro abụọ nke ntinye ntinye n'ime akwara mmepụta site na ịnakọta voltaji nke neuron na mgbama mmepụta site na iji oscilloscope. Nnwale ahụ gara nke ọma mgbe naanị ngwaọrụ HCS (G0) jikọtara ya na pulse neuron iji kpalite esemokwu akpụkpọ ahụ. E gosipụtara nke a na eserese 3d, ebe ụgbọ oloko na-acha anụnụ anụnụ na-eme ka voltaji akpụkpọ ahụ wulite na capacitor akpụkpọ ahụ, ebe ụgbọ oloko ndụ ndụ na-eme ka voltaji akpụkpọ ahụ na-adịgide adịgide.
Ọrụ nke abụọ dị mkpa nke RRAM bụ mmejuputa nha njikọ. N'iji ngbanwe omume analọg nke RRAM, njikọ I/O nwere ike ịdị nha ya. N'ime nnwale nke abụọ, a na-ahazi ngwaọrụ G0 ka ọ bụrụ ọkwa dị iche iche nke HCS, na ntinye ntinye aka na ntinye Vin0. Ihe ntinye ntinye na-esetịpụ ihe dị ugbu a (Iweight) site na ngwaọrụ ahụ, nke dabara na njikwa na ike dobe Vtop - Vbot kwekọrọ. A na-agbanyezi ihe dị ugbu a dị arọ n'ime synapses DPI na neuron mmepụta LIF. A na-edekọ voltaji akpụkpọ anụ nke neurons mmepụta site na iji oscilloscope wee gosipụta na Fig. 3d. Onu ogugu voltaji nke akpụkpọ ahụ neuron na nzaghachi nye otu ntinye ntinye kwekọrọ na njikwa nke ebe nchekwa na-eguzogide, na-egosi na enwere ike iji RRAM mee ihe dị ka ihe mmemme nke ịdị arọ synapti. Nnwale mbido abụọ a na-egosi na ikpo okwu neuromorphic nke RRAM na-atụ aro nwere ike mejuputa ihe ndị bụ isi nke usoro Jeffress bụ isi, ya bụ ahịrị igbu oge na sekit nchọpụta ihe ndaba. A na-ewu ikpo okwu sekit site n'ịkọba ihe mgbochi na-esochi n'akụkụ, dị ka ihe mgbochi dị na eserese 3b, na ijikọ ọnụ ụzọ ha na ahịrị ntinye ọnụ. Anyị chepụtara, mepụta, ma nwalee ikpo okwu neuromorphic nke nwere neuron abụọ na-emepụta na-enweta ntinye abụọ (Fig 4a). Egosiri eserese sekit na eserese 4b. Matriks 2 × 2 RRAM dị elu na-enye ohere ka ọ bụrụ ntinye ntinye aka na neuron abụọ mmepụta, ebe matriks 2 × 2 dị ala na-enye ohere njikọ ugboro ugboro nke neurons abụọ (N0, N1). Anyị na-egosi na enwere ike iji ikpo okwu a mee ihe na nhazi ahịrị igbu oge na ọrụ nchọpụta ihe ndabara abụọ dị iche iche, dị ka egosipụtara site na nlele nnwale na Fig. 4c-e.
Ihe osise sekit kpụrụ site na neurons abụọ mmepụta N0 na N1 na-anata ntinye abụọ 0 na 1. Ngwaọrụ anọ dị n'elu na-akọwa njikọ synapti site na ntinye gaa na mmepụta, na sel anọ nke ala na-akọwa njikọ ugboro ugboro n'etiti neurons. RRAM ndị nwere agba na-anọchi anya ngwaọrụ ndị ahaziri na HCS n'aka nri: ngwaọrụ ndị dị na HCS na-enye ohere njikọ ma na-anọchi anya nha, ebe ngwaọrụ ndị dị na LCS na-egbochi pulses ntinye ma gbanyụọ njikọ na ntinye. b Eserese nke sekit (a) nwere modul RRAM asatọ nke agbapụtara na-acha anụnụ anụnụ. c A na-etolite ahịrị igbu oge site na iji ike nke synapses DPI na LIF neurons. A na-edozi RRAM akwụkwọ ndụ akwụkwọ ndụ ka ọ na-eduzi nke ọma iji nwee ike ịkpata glitch na mmepụta mgbe ntinye Δt. d Nleta atụmatụ nke nchọpụta ntụzịaka na-enweghị mmetụta nke mgbama dabere na oge. Mpụta neuron 1, N1, ọkụ na ntinye 0 na 1 nwere obere oge. e Direction senti CD circuit, sekit nke na-achọpụta mgbe ntinye 1 na-abịaru nso ntinye 0 wee bịarute mgbe ntinye 0. Mpụta nke sekit na-anọchi anya neuron 1 (N1).
Ahịrị igbu oge (Onyonyo 4c) na-eji naanị omume ike nke DPI synapses na LIF neurons mepụtaghachi ntinye ntinye sitere na Vin1 ruo Vout1 site na igbu oge Tdel. Naanị G3 RRAM ejikọrọ na Vin1 na Vout1 ka emebere na HCS, a na-ahazi RRAM ndị ọzọ na LCS. Emebere ngwaọrụ G3 maka 92.6 µs iji hụ na ubu ntinye ọ bụla na-abawanye voltaji akpụkpọ anụ nke neuron mmepụta nke ọma iji rute ọnụ ụzọ wee mepụta mpụta mpụta na-egbu oge. A na-ekpebi igbu oge Tdel site na synapti na oge akwara akwara. Ndị na-achọpụta ihe ndakọrịta na-achọpụta ihe omume nke mgbama ntinye ejikọtara nwa oge mana na-ekesa na mbara ala. CD na-enweghị ntụzịaka na-adabere na ntinye nke onye ọ bụla na-ejikọta na neuron mmepụta a na-ahụkarị (Njirimara 4d). A haziri RRAM abụọ ahụ jikọtara Vin0 na Vin1 na Vout1, G2 na G4 n'otu n'otu maka njikwa dị elu. Ọbịbịa nke spikes n'otu oge na Vin0 na Vin1 na-abawanye voltaji nke akpụkpọ ahụ neuron N1 n'elu ọnụ ụzọ achọrọ iji mepụta mpụta mmepụta. Ọ bụrụ na ntinye abụọ ahụ dị nnọọ anya n'oge, ụgwọ dị na voltaji akpụkpọ anụ agbakọtara site na ntinye nke mbụ nwere ike inwe oge ire ere, na-egbochi akpụkpọ ahụ N1 nwere ike iru ọnụ ahịa ọnụ ụzọ. A haziri G1 na G2 maka ihe dịka 65µs, nke na-ahụ na otu ntinye ntinye anaghị abawanye voltaji akpụkpọ ahụ nke ọma iji bute mpụta mmepụta. Nchọpụta ndakọrịta n'etiti ihe omume ekesara na mbara igwe na oge bụ ọrụ dị mkpa ejiri mee ihe n'ọtụtụ ọrụ nhụta dị ka mgbanarị ihe mgbochi dabere na mgbanaka anya na mpaghara ụda isi mmalite. Ya mere, kọmpụta ntụzịaka na-enwe mmetụta na CD enweghị mmetụta bụ ihe dị mkpa maka iwulite sistemu mpaghara na-ahụ anya na nke ọdịyo. Dị ka e gosiri site n'àgwà nke oge na-agbanwe agbanwe (lee Mgbakwụnye fig. 2), na-atụ aro circuit mejuputa a adabara nso nke anọ iwu nke ịdị ukwuu oge akpịrịkpa. N'ihi ya, ọ nwere ike n'otu oge izute chọrọ nke visual na ụda usoro. CD nwere mmetụta ntụzịaka bụ sekit nwere mmetụta maka usoro ọbịbịa nke mkpụrụ akụ: site n'aka nri gaa n'aka ekpe yana ọzọ. Ọ bụ ngọngọ ụlọ bụ isi na netwọk nchọpụta ngagharị nke Drosophila visual system, nke ejiri gbakọọ ntụzịaka ngagharị wee chọpụta ọgụ62. Iji nweta CD na-ahụ maka ntụziaka, a ghaghị ịdọrọ ntinye abụọ na neurons abụọ dị iche iche (N0, N1) na njikọ ntụziaka ga-eguzobe n'etiti ha (Fig 4e). Mgbe enwetara ntinye nke mbụ, NO na-emeghachi omume site n'ịbawanye voltaji n'ofe akpụkpọ ahụ ya n'elu ọnụ ahịa ọnụ ụzọ na izipu mwepu. Ihe omume mmepụta a, n'aka nke ya, na-ere ọkụ N1 ekele maka njikọ ntụzịaka nke e gosipụtara na akwụkwọ ndụ akwụkwọ ndụ. Ọ bụrụ na mmemme ntinye Vin1 bịarutere wee na-enye N1 ume mgbe voltaji akpụkpọ anụ ya ka dị elu, N1 na-emepụta ihe omume mmepụta na-egosi na achọtala egwuregwu n'etiti ntinye abụọ ahụ. Njikọ ntụziaka na-enye ohere N1 ka ọ pụta naanị ma ọ bụrụ na ntinye 1 na-abịa mgbe ntinye 0. G0, G3, na G7 na-ahazi na 73.5 µS, 67.3 µS, na 40.2 µS, n'otu n'otu, na-ahụ na otu spike na ntinye Vin0 na-akpata igbu oge. mpụta mpụta, ebe ike nke N1's membrane na-erute n'ọnụ ọnụ mgbe mgbawa ntinye abụọ batara na mmekọrịta. .
Mgbanwe bụ isi iyi nke ezughị okè na sistemu neuromorphic egosipụtara63,64,65. Nke a na-eduga na omume dị iche iche nke neurons na synapses. Ọmụmaatụ nke ọghọm ndị dị otú ahụ gụnyere 30% (pụtara ọkọlọtọ ngbanwe) mgbanwe na uru ntinye, oge na-agbanwe agbanwe, na oge mgbagha, ịkpọ aha mana ole na ole (lee Ụzọ). Nsogbu a na-apụta ìhè karịa mgbe a na-ejikọta ọtụtụ sekit akwara ọnụ, dị ka CD na-enwe mmetụta uche nke nwere neuron abụọ. Iji rụọ ọrụ nke ọma, uru na ire ere oge nke neuron abụọ kwesịrị ịdị ka o kwere mee. Dịka ọmụmaatụ, nnukwu ọdịiche dị na ntinye ntinye nwere ike ime ka otu neuron meghachi omume na ntinye ntinye ebe neuron nke ọzọ anaghị anabata ya. Na fig. Ọgụgụ 5a na-egosi na neuron ndị ahọpụtara na-anabataghị nke ọma na otu mkpọ ntinye. Mgbanwe akwara ozi a dị mkpa, dịka ọmụmaatụ, maka ọrụ nke CD ndị nwere ntụzịaka. Na atụmatụ egosiri na fig. 5b, c, ntinye ntinye nke neuron 1 dị elu karịa nke neuron 0. Ya mere, neuron 0 chọrọ ntinye ntinye atọ (kama 1) iji ruo ọnụ ụzọ, na neuron 1, dị ka a tụrụ anya ya, chọrọ ihe omume ntinye abụọ. Ịmejuputa spike time-based biomimetic plasticity (STDP) bụ ụzọ enwere ike isi belata mmetụta nke sekit neural na synapti na-adịghị mma na arụmọrụ sistemụ43. N'ebe a, anyị na-atụ aro iji omume plastik nke ebe nchekwa resistive dị ka ụzọ isi metụta nkwalite ntinye akwara na ibelata mmetụta nke mgbanwe na sekit neuromorphic. Dị ka e gosiri na fig. 4e, ọkwa omume jikọtara ya na RRAM synapti mass mezigharịrị nzaghachi voltaji akwara neural kwekọrọ. Anyị na-eji atụmatụ mmemme RRAM eme ihe. Maka ntinye enyere, a na-emegharị ụkpụrụ omume nke ịdị arọ synapti ruo mgbe enwetara ebumnuche ebumnuche nke sekit (lee Ụzọ).
Nleta nlele nke nzaghachi neurons mmadụ itoolu ahọpụtara na-enweghị usoro na otu usu ntinye. Nzaghachi dị iche iche n'ogbe ndị mmadụ, na-emetụta uru ntinye na oge na-agbanwe agbanwe. b Nleba mmetụta nke neurons na mgbanwe nke neurons na-emetụta CD na-enwe mmetụta. Neuron mmepụta CD abụọ nwere ntụzịaka na-anabata ihe dị iche na ntinye ntinye n'ihi mgbanwe neuron-na-neuron. Neuron 0 nwere uru ntinye dị ala karịa neuron 1, ya mere ọ na-ewe ntinye ntinye atọ (kama 1) iji mepụta spike mmepụta. Dị ka a tụrụ anya, neuron 1 na-eji mmemme ntinye abụọ rute ọnụ ụzọ. Ọ bụrụ na ntinye 1 bịarutere Δt = 50 µs mgbe neuron 0 gachara, CD na-agbachi nkịtị n'ihi na Δt dị ukwuu karịa oge nke neuron 1 (ihe dị ka 22 µs). c na-ebelata site na Δt = 20 µs, nke mere na ntinye 1 na-arị elu mgbe nkwụsị nke neuron 1 ka dị elu, na-ebute nchọpụta n'otu oge nke mmemme ntinye abụọ.
Ihe abụọ a na-eji na kọlụm mgbako ITD bụ ahịrị igbu oge na CD enweghị mmetụta. Sekit abụọ a chọrọ nhazi nhazi nke ọma iji hụ na arụ ọrụ n'ọkwa ihe dị mma. Ahịrị igbu oge ga-eburịrị ụdị kacha egbu oge nke ndenye (Fig 6a), CD ga-emerịrị naanị mgbe ntinye dabara n'ime oke nchọta ebumnuche. Maka ahịrị igbu oge, a na-emegharị ihe nrịbama synapti nke njikọ ntinye (G3 na Fig. 4a) ruo mgbe a na-enweta ihe mgbaru ọsọ. Tọọ nnabata n'akụkụ igbu oge ebumnuche iji kwụsị mmemme: ka ntachi obi dị ntakịrị, ka ọ na-esikwu ike ịtọ ahịrị igbu oge nke ọma. Na fig. Ọnụọgụ 6b na-egosi nsonaazụ nke usoro nhazi oge nkwụsịtụ: enwere ike ịhụ na atụmatụ ahụ a na-atụ aro nwere ike ịnye oge niile a chọrọ na atụmatụ nhazi (site na 10 ruo 300 μs). Ọnụ ọgụgụ kachasị elu nke nhazi nhazi na-emetụta àgwà nke usoro nhazi: 200 iterations nwere ike ibelata njehie ahụ na-erughị 5%. Otu nrụzi nzigharị kwekọrọ na arụ ọrụ nhazi/ntọgharị nke cell RRAM. Usoro ntugharị ahụ dịkwa oke mkpa iji kwalite izi ezi nke modul CD nchọta ihe nso nso. Ọ were nhazi nhazigharị iri iji nweta ezi ọnụego dị mma (ya bụ, ọnụego mmemme achọpụtara na ọ dabara) karịa 95% (akara anụnụ anụnụ na eserese 6c). Otú ọ dị, usoro ngbanwe ahụ emetụtaghị ihe omume dị mma (ya bụ, ugboro ole ihe omume ndị a na-achọpụta na-ezighị ezi dị ka ihe dị mkpa). Ụzọ ọzọ a na-ahụ na usoro ihe ndị dị ndụ maka imeri oge nkwụsị nke ụzọ na-arụ ọrụ ngwa ngwa bụ redundancy (ya bụ, a na-eji ọtụtụ mbipụta nke otu ihe na-arụ ọrụ). N'ịbụ nke sitere na bayoloji66, anyị na-etinye ọtụtụ sekit CD na modul CD ọ bụla n'etiti ahịrị igbu oge abụọ ahụ iji belata mmetụta nke adịgboroja. Dị ka e gosiri na fig. 6c (akara ndụ ndụ), itinye ihe CD atọ na modul CD ọ bụla nwere ike ibelata ọnụego mkpu ụgha na-erughị 10-2.
Mmetụta nke mgbanwe neuronal na sekit ahịrị igbu oge. b Enwere ike ịgbatị sekit ahịrị ahịrị ka ọ bụrụ nnukwu igbu oge site na ịtọ ntọala oge nke neurons LIF kwekọrọ na synapses DPI na nnukwu ụkpụrụ. Ịbawanye ọnụọgụ nke usoro nhazi nke RRAM mere ka o kwe omume imeziwanye izi ezi nke igbu oge: 200 iterations belatara njehie ahụ na-erughị 5%. Otu ntughari dabara na ọrụ SET/RESET na cell RRAM. Enwere ike itinye modul CD ọ bụla dị na ụdị c Jeffress site na iji ihe CD yiri N maka mgbanwe dị ukwuu n'ihe gbasara ọdịda sistemụ. d More RRAM calibration iterations na-abawanye ezi ọnụego ziri ezi (akara anụnụ anụnụ), ebe ụgha ziri ezi na-adabere na ọnụ ọgụgụ nke iterations (green ahịrị). Ịtụkwasị ihe CD ndị ọzọ n'otu n'otu na-ezere nchọpụta ụgha nke egwuregwu modul CD.
Ugbu a, anyị na-enyocha arụmọrụ na oriri ike nke usoro nhazi ihe ejikọtara ọnụ na njedebe na njedebe nke egosiri na eserese 2 na-eji nha nke njirimara ụda nke pMUT sensọ, CD, na sekit ahịrị igbu oge na-emejupụta eserese kọmputa neuromorphic. Ụdị Jeffress (Fig 1a). N'ihe gbasara eserese kọmputa nke neuromorphic, ọnụ ọgụgụ dị ukwuu nke CD modul, nke a na-eme ka mkpebi angular dị mma, kamakwa ike nke usoro ahụ (Fig 7a). Enwere ike iru nkwekọrịta site na iji izi ezi nke ihe ndị dị n'otu n'otu (pMUT sensọ, neurons, na sekit synapti) tụnyere izi ezi nke sistemu niile. Mkpebi nke ahịrị igbu oge na-ejedebe site na nkwụsị oge nke synapses na neurons simulated, nke na atụmatụ anyị gafere 10 µs, nke kwekọrọ na mkpebi angular nke 4 ° (lee Ụzọ). Ọnụ ụzọ dị elu nke nwere teknụzụ CMOS ga-ekwe ka imepụta sekit akwara na synapti nwere obere oge, na-ebute izi ezi dị elu nke ihe ndị na-egbu oge. Otú ọ dị, na usoro anyị, a na-ejedebe izi ezi site na njehie pMUT na-atụle ọnọdụ angular, ntụgharị 10 ° (akara na-acha anụnụ anụnụ na Fig. 7a). Anyị doziri ọnụ ọgụgụ nke CD modul na 40, nke kwekọrọ na angular mkpebi nke banyere 4 Celsius, ya bụ, angular ziri ezi nke computational graph (ìhè blue kehoraizin akara na fig. 7a). Na ọkwa usoro, nke a na-enye mkpebi nke 4 ° na izi ezi nke 10 ° maka ihe dị 50 cm n'ihu usoro ihe mmetụta. Uru a tụnyere sistemụ mpaghara mpaghara ụda neuromorphic nke akọọrọ na ref. 67. Ntụle nke usoro a tụrụ aro na steeti nka nwere ike ịchọta na tebụl mgbakwunye 1. Ịgbakwunye pMUT ndị ọzọ, ịba ụba ọkwa mgbaàmà ụda, na ibelata ụda eletrik bụ ụzọ ndị nwere ike isi melite nhazi nhazi. ) A na-eme atụmatụ na 9.7. nz. 55. Nyere nkeji CD 40 na eserese mgbako, simulation SPICE mere atụmatụ ike kwa ọrụ (ya bụ, ike itinye ihe) ka ọ bụrụ 21.6 nJ. Sistemụ neuromorphic na-arụ ọrụ naanị mgbe mmemme ntinye bịarutere, ya bụ mgbe ebili mmiri na-erute onye nnata pMUT ọ bụla wee gafere oke nchọta, ma ọ bụghị ya, ọ ka na-arụ ọrụ. Nke a na-ezere oriri ike na-enweghị isi mgbe enweghị mgbaama ntinye. N'ịtụle ugboro nke arụmọrụ mpaghara nke 100 Hz yana oge mmalite nke 300 µs kwa ọrụ (ITD kacha kwe omume), oriri ike nke eserese kọmputa neuromorphic bụ 61.7 nW. Na neuromorphic pre-processing etinyere onye ọ bụla pMUT nnata, ike oriri nke usoro dum ruru 81.6 nW. Iji ghọta arụmọrụ ike nke usoro neuromorphic a tụrụ aro ma e jiri ya tụnyere ngwaike ọdịnala, anyị jiri nọmba a tụnyere ike achọrọ iji rụọ otu ọrụ ahụ na microcontroller dị ala nke ọgbara ọhụrụ na-eji ma ọ bụ neuromorphic ma ọ bụ usoro beamforming68. Usoro neuromorphic na-atụle usoro ntụgharị analọg-to-dijitalụ (ADC), na-esote nzacha band-pass yana ọkwa mmịpụta envelopu (usoro Teeger-Kaiser). N'ikpeazụ, a na-arụ ọrụ ọnụ ụzọ iji wepụ ToF. Anyị ahapụla ngụkọ nke ITD dabere na ToF yana ntughari gaa na ọnọdụ angular echere na nke a na-eme otu ugboro maka nha ọ bụla (lee Ụzọ). N'iburu n'uche na ọnụọgụ nlele nke 250 kHz na ọwa abụọ ahụ (ndị na-anata pMUT), 18 band pass filter filter, 3 envelopu mmịpụta ọrụ, yana ọrụ ọnụ ụzọ 1 n'otu nlele, a na-eme atụmatụ oriri ike zuru oke na 245 microwatts. Nke a na-eji ọnọdụ dị ala nke microcontroller69, nke na-agbanye mgbe algọridim anaghị arụ ọrụ, nke na-ebelata oriri ike ruo 10.8 µW. Oriri ike nke ngwọta nhazi mgbaàmà na-egbuke egbuke atụpụtara na ntụaka. 31, na ndị na-anata 5 pMUT na 11 beams na-ekesa n'otu n'otu na ụgbọ elu azimuth [-50 °, + 50 °], bụ 11.71 mW (lee ngalaba Usoro maka nkọwa). Na mgbakwunye, anyị na-akọpụta oriri ike nke FPGA47 dabeere na Oge Ọdịiche Encoder (TDE) nke e mere atụmatụ na 1.5 mW dị ka nnọchi maka ihe atụ Jeffress maka nhazi ihe. Dabere na atụmatụ ndị a, usoro neuromorphic a na-atụ aro na-ebelata oriri ike site na iwu ise dị ukwuu ma e jiri ya tụnyere microcontroller na-eji usoro mgbawa oge gboo maka ọrụ nhazi ihe. Ịnabata usoro neuromorphic maka nhazi mgbaàmà na microcontroller kpochapụwo na-ebelata oriri ike site n'ihe dịka iwu abụọ dị ukwuu. Enwere ike ịkọwa ịdị irè nke usoro a tụrụ aro site na nchikota nke sekit analọgụ asynchronous resistive-memory nke nwere ike ịrụ mgbakọ n'ime ebe nchekwa na enweghị ntụgharị analog na-dijitalụ chọrọ iji ghọta akara.
a Angular mkpebi (acha anụnụ anụnụ) na ike oriri (green) nke localization ọrụ dabere na ọnụ ọgụgụ nke CD modul. Ogwe kwụ ọtọ na-acha anụnụ anụnụ na-anọchite anya izizi nke PMUT na ogwe ọkụ na-acha anụnụ anụnụ na-anọchi anya izi ezi nke eserese neuromorphic. b Ike nke sistemu a tụrụ aro yana ntụnyere na mmejuputa microcontroller abụọ a tụlere na mmejuputa dijitalụ nke Oge Ihe Ntụgharị Oge (TDE)47 FPGA.
Iji wedata oriri ike nke sistemu mpaghara ebumnuche, anyị tụpụtara, chepụta ma mejuputa nke ọma, sekit neuromorphic nke RRAM dabere na mmemme nke na-ahazi ozi mgbama sitere na ihe mmetụta arụnyere n'ime ya iji gbakọọ ọnọdụ ihe ebumnuche n'ezie. oge. . Ọ bụ ezie na usoro nhazi ọdịnala na-aga n'ihu n'ichepụta akara achọpụtara ma na-agbakọ iji wepụta ozi bara uru, ihe ngwọta neuromorphic nke a na-atụ aro na-eme mgbako asynchronously ka ozi bara uru na-abịarute, na-ebuli ike sistemu ike site na iwu ise nke ịdị ukwuu. Na mgbakwunye, anyị na-egosipụta mgbanwe nke sekit neuromorphic dabere na RRAM. Ikike nke RRAM ịgbanwe omume n'ụzọ na-adịghị agbanwe agbanwe (plasticity) na-akwụ ụgwọ maka mgbanwe dị n'ime ya nke sekit synapti na akwara analọg DPI dị ala. Nke a na-eme sekit dabere na RRAM ka ọ dị ike ma dị ike. Ebumnobi anyị abụghị iwepụ ọrụ dị mgbagwoju anya ma ọ bụ ụkpụrụ site na mgbaama, kama iji wepụta ihe ozugbo. Usoro anyị nwekwara ike ịmekọrịta mgbaàmà ahụ nke ọma ma mechaa zipu ya na usoro nhazi ọzọ iji mee mkpebi ndị dị mgbagwoju anya mgbe ọ dị mkpa. N'ihe gbasara ngwa mpaghara, usoro nhazi nke neuromorphic anyị nwere ike ịnye ozi gbasara ebe ihe dị. Enwere ike iji ozi a, dịka ọmụmaatụ, maka nchọpụta ngagharị ma ọ bụ njirimara mmegharị. Anyị na-ekwusi ike mkpa ọ dị ijikọta ihe mmetụta ike dị ala dị ka pMUT na ngwa eletrọnịkị ike dị ala. Maka nke a, ụzọ neuromorphic abụrụla isi ka ha mere ka anyị mepụta mmejuputa sekit ọhụrụ nke usoro mgbakọ na mwepụ sitere n'ike mmụọ nsọ dịka ụdị Jeffress. N'ihe gbasara ngwa njikọta ihe mmetụta, enwere ike ijikọ sistemu anyị na ọtụtụ sensọ dabere na mmemme iji nweta ozi ziri ezi karịa. N'agbanyeghi na ikwiikwii na-ama oke n'ịchọ anụ n'ọchịchịrị, ha nwere ọmarịcha anya ma na-eme nyocha nyocha na nleba anya tupu ha ejide anụ70. Mgbe otu neuron nke anụ ahụ na-agba ọkụ, ikwiikwii na-enweta ozi ọ chọrọ iji chọpụta ebe ọ ga-esi malite nchọta anya ya, si otú a na-elekwasị anya na obere akụkụ nke ihe nkiri ahụ. Nchikota nke ihe nlere anya (igwefoto DVS) na ihe mmetụta ige nti nke a na-atụ aro (dabere na pMUT) kwesịrị ka enyocha ya maka mmepe nke ndị ọrụ kwụụrụ onwe ha n'ọdịnihu.
Ihe mmetụta pMUT dị na PCB nwere ndị nnata abụọ dị ihe dịka 10 cm n'etiti, na nnyefe dị n'etiti ndị nnata. N'ime ọrụ a, akpụkpọ ahụ ọ bụla bụ ihe nkwụsịtụ bimorph nke nwere okpukpu abụọ nke piezoelectric aluminum nitride (AlN) 800 nm sandwiched n'etiti okpukpu atọ nke molybdenum (Mo) 200 nm ma kpuchie ya na oyi akwa 200 nm. oyi akwa SiN na-agafe agafe dị ka akọwara na ntụnye aka. 71. A na-etinye electrodes dị n'ime na nke dị n'okpuru ala na elu nke molybdenum, ebe etiti molybdenum electrode adịghị edozi ma jiri ya mee ihe dị ka ala, na-eme ka akpụkpọ anụ nwere ụzọ anọ nke electrodes.
Ihe owuwu a na-enye ohere iji nrụrụ akpụkpọ ahụ nkịtị, na-ebute mgbasa ozi ka mma yana nweta uche. PMUT dị otú ahụ na-egosipụtakarị mmetụta mkpali nke 700 nm/V dị ka emitter, na-enye nrụgide elu nke 270 Pa / V. Dị ka onye nnata, otu pMUT ihe nkiri na-egosipụta mmetụta dị mkpirikpi nke 15 nA / Pa, nke metụtara kpọmkwem piezoelectric coefficient nke AlN. Mgbanwe teknụzụ nke voltaji na oyi akwa AlN na-eduga na mgbanwe nke ugboro ugboro, nke enwere ike ịkwụ ụgwọ site na itinye nhụsianya DC na pMUT. A tụrụ mmetụta uche DC na 0.5 kHz/V. Maka njirimara ụda, a na-eji igwe okwu n'ihu pMUT.
Iji tụọ pulse echo, anyị debere efere akụkụ anọ nwere mpaghara ihe dịka 50 cm2 n'ihu pMUT iji gosipụta ebili mmiri na-apụta. A na-ejikwa ma ebe dị n'etiti efere na akụkụ dị n'akụkụ ụgbọ elu pMUT site na iji njide pụrụ iche. Isi iyi voltaji Tectronix CPX400DP na-eleda membranes pMUT atọ, na-emegharị ugboro ole resonant na 111.9 kHz31, ebe ndị na-ebugharị na-ebugharị site na Tectronix AFG 3102 pulse generator na-ege ntị na ugboro resonant (111.9 kHz) na ọrụ okirikiri nke 0.0. A na-atụgharị ụda mmiri ndị a na-agụ site na ọdụ ụgbọ mmiri anọ nke onye na-anata pMUT ọ bụla na voltaji site na iji ihe dị iche iche dị iche iche ugbu a na voltaji, na akara ngosi ndị a na-esi na ya na-emepụta ihe na-emepụta ihe na-emepụta ihe na-emepụta ihe na-eme ka ọ bụrụ na Spektrum na-enweta data. Ejiri njedebe nke nchọta akara pMUT nweta n'okpuru ọnọdụ dị iche iche: anyị kpaliri onye na-atụgharị uche gaa n'ebe dị anya [30, 40, 50, 60, 80, 100] cm wee gbanwee akụkụ nkwado pMUT ([0, 20, 40] o). ) Ọnụọgụ 2b na-egosi mkpebi nchọpụta ITD nwa oge dabere na ọnọdụ angular kwekọrọ na ogo.
Edemede a na-eji sekit RRAM abụọ dị iche iche na-anọghị na shelf. Nke mbụ bụ n'usoro nke ngwaọrụ 16,384 (16,000) (128 × 128 ngwaọrụ) na nhazi 1T1R nwere otu transistor na otu resistor. Nke abụọ mgbawa bụ neuromorphic ikpo okwu egosiri na fig. 4a. Cell RRAM nwere ihe nkiri HfO2 gbara ọkpụrụkpụ nke 5 nm etinyere na ngwugwu TiN/HfO2/Ti/TiN. A na-ejikọta nchịkọta RRAM n'ime azụ azụ (BEOL) nke ọkọlọtọ 130nm CMOS. Sekit neuromorphic dabere na RRAM na-eweta ihe ịma aka imewe maka sistemụ eletrọnịkị analọgụ niile nke ngwaọrụ RRAM na teknụzụ CMOS ọdịnala na-ebikọ ọnụ. Karịsịa, a ghaghị ịgụ ma jiri ọnọdụ nduzi nke ngwaọrụ RRAM mee ihe dị ka mgbanwe ọrụ maka usoro ahụ. Iji mezuo nke a, a haziri sekit, rụpụta ma nwalee nke na-agụ ihe dị ugbu a site na ngwaọrụ ahụ mgbe a na-anata usu ntinye ma jiri nke a dị ugbu a tụọ nzaghachi nke synapse otu ụzọ dị iche iche (DPI). E gosiputara sekit a na eserese 3a, nke na-anọchite anya isi ihe owuwu ụlọ nke neuromorphic na eserese 4a. Ihe ntinye ntinye na-eme ka ọnụ ụzọ ámá nke ngwaọrụ 1T1R rụọ ọrụ, na-eme ka ọ dị ugbu a site na RRAM nke dabara na ụkpụrụ ngwaọrụ G (Iweight = G (Vtop - Vx)). Ntinye ntụgharị nke sekit ampilifaya (op-amp) na-arụ ọrụ nwere voltaji DC na-adịghị mma mgbe niile. Nzaghachi na-adịghị mma nke op-amp ga-enye Vx = Vtop site na ịnye nha nha nha site na M1. A na-agbanye Iweight dị ugbu a na ngwaọrụ ahụ n'ime synapse DPI. Ọdịnihu siri ike ga-ebute mbibi karịa, yabụ omume RRAM na-arụ ọrụ nha synapti nke ọma. A na-agbanye ihe mgbawa synaptic ugbu a site na akpụkpọ anụ capacitor nke Leaky Integration and Excitation (LIF) neurons, ebe a na-ejikọta ya dị ka voltaji. Ọ bụrụ na a na-emeri voltaji ọnụ ụzọ nke akpụkpọ ahụ (voltaji na-agbanwe nke inverter), a na-eme ka akụkụ mmepụta nke neuron rụọ ọrụ, na-emepụta ọkwa mmepụta. Ụkụ a na-alọghachi wee mechie capacitor akpụkpọ anụ neuron n'ala, na-eme ka ọ pụta. A na-agbakwunye sekit a na mgbatị usu (anaghị egosi na Fig 3a), nke na-akpụpụta mpụta mmepụta nke neuron LIF na obosara usu e lekwasịrị anya. A na-ewukwa multiplexers n'ime ahịrị ọ bụla, na-enye ohere itinye voltaji na elu na ala electrodes nke ngwaọrụ RRAM.
Nnwale eletrik gụnyere nyocha na ịdekọ omume ike nke sekit analọg, yana mmemme na ịgụ ngwaọrụ RRAM. Nzọụkwụ abụọ ahụ chọrọ ngwá ọrụ pụrụ iche, nke niile na-ejikọta na bọọdụ sensọ n'otu oge. Nweta ngwaọrụ RRAM na sekit neuromorphic sitere na ngwaọrụ mpụga site na multiplexer (MUX). MUX na-ekewa sel 1T1R na sekit ndị ọzọ nke ọ nwere, na-enye ohere ịgụ na/ma ọ bụ hazie ngwaọrụ ahụ. Iji mee ihe na ịgụ ngwaọrụ RRAM, a na-eji igwe Keithley 4200 SCS na njikọ Arduino microcontroller: nke mbụ maka ọgbọ pulse ziri ezi na ọgụgụ ugbu a, na nke abụọ maka ịnweta ngwa ngwa 1T1R nke ọ bụla na ebe nchekwa. Ọrụ mbụ bụ imepụta ngwaọrụ RRAM. A na-ahọrọ mkpụrụ ndụ otu otu na a na-etinye voltaji dị mma n'etiti electrodes elu na ala. N'okwu a, ihe dị ugbu a na-ejedebe na usoro iri iri nke microamperes n'ihi ịnyefe voltaji ọnụ ụzọ kwekọrọ na transistor selector. Mkpụrụ ndụ RRAM nwere ike ịgbagharị n'etiti steeti conductive dị ala (LCS) na steeti conductive dị elu (HCS) na-eji arụ ọrụ RESET na SET, n'otu n'otu. A na-arụ ọrụ SET site n'itinye ubu voltaji akụkụ anọ na ogologo oge nke 1 μs na voltaji kacha elu nke 2.0-2.5 V na electrode elu, yana sync pulse nke ụdị yiri ya na oke voltaji nke 0.9-1.3 V ka. ọnụ ụzọ ámá nke selector transistor. Ụkpụrụ ndị a na-enye ohere ịmegharị omume RRAM na oge 20-150 µs. Maka RESET, a na-etinye 1 µs n'obosara, 3 V peak pulse na-etinye aka na electrode ala (bit line) nke cell mgbe voltaji ọnụ ụzọ dị na nso nke 2.5-3.0 V. Ntinye na ntinye nke sekit analọg bụ akara ngosi siri ike. . Maka ntinye, anyị jiri igwe na-emepụta mgbama Tektronix AFG3011 gbakọrọ abụọ HP 8110. Usu ntinye nwere obosara nke 1 µs yana ịrị elu/ọdịda nke 50 ns. A na-eche na ụdị pulse a bụ ihe na-adịghị ahụkebe na sekit dabere na analọg glitch. N'ihe gbasara mgbama mmepụta, e dekọrọ akara ngosi mmepụta site na iji Teledyne LeCroy 1 GHz oscilloscope. Achọpụtara ọsọ ọsọ nke oscilloscope abụghị ihe na-egbochi nyocha na ịnweta data sekit.
Iji ike nke elektrọnik analọk iji mee ka omume nke neurons na synapses bụ ihe ngwọta mara mma na nke dị mma iji melite arụmọrụ mgbakọ na mwepụ. Ọdịmma nke mgbako a n'okpuru bụ na ọ ga-adịgasị iche site na atụmatụ gaa na atụmatụ. Anyị na-atụle mgbanwe nke neurons na sekit synapti (Fig. 2a,b). N'ime ngosipụta niile nke mgbanwe, ndị metụtara oge na-agbanwe agbanwe na ntinye ntinye nwere mmetụta kachasị na ọkwa usoro. A na-ekpebi oge nke LIF neuron na synapse DPI site na sekit RC, ebe uru R na-achịkwa site na voltaji na-adịghị mma nke etinyere n'ọnụ ụzọ ámá nke transistor (Vlk maka neuron na Vtau maka synapse), na-achọpụta ọnụego ntapu. Akọwapụtara uru ntinye dị ka voltaji kacha elu ruru site na capacitors synapti na neuronal mebere site na usu ntinye. A na-achịkwa uru ntinye ahụ site na transistor ọzọ na-adịghị mma nke na-agbanwe ihe ntinye ugbu a. Emere simulation Monte Carlo na usoro ST Microelectronics' 130nm iji nakọta ụfọdụ uru ntinye na ọnụ ọgụgụ oge niile. E gosipụtara nsonaazụ ya na eserese 2 mgbakwunye, ebe a na-agụta uru ntinye na oge na-adịgide adịgide dị ka ọrụ nke voltaji elere anya na-achịkwa ọnụego ntapu. Ihe nrịbama akwụkwọ ndụ akwụkwọ ndụ na-akọwapụta ndapụta ọkọlọtọ nke oge na-agbanwe agbanwe site na nkenke. Ma neurons na sekit synapti nwere ike igosipụta ogologo oge dị iche iche na nso nke 10-5-10-2 s, dị ka egosiri na atụmatụ Fig. Ntinye ntinye (Mgbakwunye 2e,d) nke neuronal na mgbanwe synapse bụ ihe dịka 8% na 3%, n'otu n'otu. A na-edepụta ụkọ dị otú ahụ nke ọma n'akwụkwọ: a na-eme nha dị iche iche n'usoro nke ibe DYNAP iji chọpụta emezighị emezi n'etiti ọnụ ọgụgụ ndị LIF63 neurons. A tụrụ synapses dị na mgbawa mgbawa agwakọta BrainScale wee nyochaa enweghị nkwekọrịta ha, ma tụpụtara usoro mmezi iji belata mmetụta nke mgbanwe ọkwa-usoro64.
Ọrụ RRAM na sekit neuromorphic bụ okpukpu abụọ: nkọwa ụlọ (ntụgharị ntinye na ntinye) na mmejuputa nha synapti. Enwere ike iji ihe onwunwe nke ikpeazụ mee ihe iji dozie nsogbu nke mgbanwe mgbanwe nke sekit neuromorphic e mere. Anyị emepụtala usoro nhazi dị mfe nke gụnyere ịmegharị ngwaọrụ RRAM ruo mgbe a na-enyocha sekit na-emezu ihe ụfọdụ a chọrọ. Maka ntinye enyere, a na-enyocha mmepụta ma megharịa RRAM ruo mgbe emechara omume ebumnuche. Ewebatara oge echere nke 5 s n'etiti mmemme mmemme iji dozie nsogbu nke ezumike RRAM na-ebute mgbanwe mgbanwe omume na-adịru nwa oge (ozi mgbakwunye). A na-edozi ma ọ bụ mee ka ọ̀tụ̀tụ̀ synaptic dị ka ihe achọrọ nke sekit neuromorphic ka a na-emezi. A na-achịkọta usoro nhazi ahụ na algọridim ndị ọzọ [1, 2] na-elekwasị anya na njirimara abụọ dị mkpa nke nyiwe neuromorphic, ahịrị igbu oge na ntụziaka CD enweghị mmetụta. Maka sekit nke nwere ahịrị igbu oge, omume ebumnuche bụ inye mpụta mpụta na igbu oge Δt. Ọ bụrụ n'ezie igbu oge sekit erughị uru ebumnuche, ekwesịrị ibelata ibu synapti nke G3 (Ekwesịrị ịtọgharị G3 wee tọọ ya na Icc dị ugbu a dabara adaba). N'aka nke ọzọ, ọ bụrụ n'ezie igbu oge karịrị uru ebumnuche, omume G3 ga-abawanyerịrị (G3 ga-ebu ụzọ tọgharịa wee tọọ ya na uru Icc dị elu). A na-emeghachi usoro a ruo mgbe igbu oge nke sekit na-emepụta dakọtara ọnụ ahịa ebumnobi ma na-edozi nkwụsị iji kwụsị usoro nhazi. Maka CD ndị na-adịghị enwe mmetụta, ngwaọrụ RRAM abụọ, G1 na G3, na-etinye aka na nhazi nhazi. Sekit a nwere ntinye abụọ, Vin0 na Vin1, na-egbu oge site na dt. Sekit kwesịrị ịzaghachi naanị maka igbu oge n'okpuru oke ndakọrịta [0,dtCD]. Ọ bụrụ na enweghị mmepụta elu, mana ọnụ ọgụgụ ntinye dị nso, ma ngwaọrụ RRAM abụọ kwesịrị ịkwalite iji nyere neuron aka iru n'ọnụ ụzọ. N'aka nke ọzọ, ọ bụrụ na sekit ahụ na-anabata igbu oge nke gafere ebe ebumnuche nke dtCD, a ga-ebelata ihe omume ahụ. Tinyegharịa usoro ahụ ruo mgbe enwetara omume ziri ezi. Enwere ike gbanwee nnabata nke ugbu a site na sekit analọgụ arụnyere na ref. 72.73. Site na sekit a wuru n'ime ya, enwere ike ịme usoro ndị dị otú ahụ kwa oge iji mezie usoro ahụ ma ọ bụ jiri ya mee ihe ọzọ.
Anyị na-enyocha oriri ike nke usoro nhazi mgbaàmà neuromorphic anyị na ọkọlọtọ 32-bit microcontroller68. N'ime nyocha a, anyị na-eji otu nhazi ahụ dị na akwụkwọ a, yana otu pMUT transmitter na ndị nnata pMUT abụọ. Usoro a na-eji nzacha bandpas, na-esote nzọụkwụ mmịpụta envelopu (Teeger-Kaiser), na n'ikpeazụ, a na-etinye ọrụ nkwụsị na mgbama iji wepụ oge ụgbọ elu. Akwụsịla ngụkọta oge nke ITD na ntụgharị ya na akụkụ nchọpụta na nyocha. Anyị na-atụle mmejuputa nzacha nke bandwit na-eji nzacha nzaghachi mkpali na-enweghị ngwụcha nke anọ chọrọ ọrụ 18 na-ese n'elu mmiri. Mwepụta nke envelopu na-eji arụ ọrụ atọ ọzọ na-ese n'elu mmiri, na arụ ọrụ ikpeazụ ka a na-eji tọọ ọnụ ụzọ. Ngụkọta ọrụ 22 na-ese n'elu mmiri ka achọrọ iji hazie mgbama ahụ. Mgbama a na-ebunye bụ obere mgbawa nke 111.9 kHz sine waveform nke a na-emepụta kwa ms 10 na-ebute n'ọnọdụ ọnọdụ ọrụ ugboro 100 Hz. Anyị jiri ọnụego nlele nke 250 kHz soro Nyquist na windo 6 ms maka nha ọ bụla iji weghara oke nke 1 mita. Rịba ama na miliịskọsị isii bụ oge ụgbọ elu nke ihe dị otu mita site na ya. Nke a na-enye oriri ike nke 180 µW maka ntụgharị A/D na 0.5 MSPS. Nhazi akara ngosi bụ 6.60 MIPS (ntụziaka kwa nkeji), na-ewepụta 0.75mW. Agbanyeghị, microcontroller nwere ike ịgbanwe gaa na ọnọdụ ike dị ala 69 mgbe algọridim anaghị arụ ọrụ. Nke a mode na-enye a static ike oriri nke 10.8 μW na oge ịkpọte nke 113 μs. Nyere oge elekere nke 84 MHz, microcontroller na-emecha ọrụ niile nke neuromorphic algọridim n'ime 10 ms, na algọridim na-agbakọ usoro ọrụ nke 6.3%, si otú a na-eji ọnọdụ ike dị ala. Ike nke na-esi na ya pụta bụ 244.7 μW. Rịba ama na anyị na-ahapụ mmepụta ITD site na ToF na ntụgharị gaa na akụkụ nchọpụta, si otú a na-eleda ike nke microcontroller anya. Nke a na-enye uru ọzọ maka ike ike nke usoro a chọrọ. Dịka ọnọdụ ntụnyere agbakwunyere, anyị na-enyocha ike ike nke ụzọ mgbawa oge gboo a tụrụ aro na ntụaka. 31.54 mgbe agbakwunyere n'otu microcontroller68 na voltaji ọkọnọ 1.8V. A na-eji membran pMUT ise nwere nha nhata iji nweta data maka nhazi osisi. N'ihe gbasara nhazi n'onwe ya, usoro beamforming a na-eji bụ nchịkọta oge. Ọ bụ naanị itinye oge n'okporo ụzọ ahụ dabara na ọdịiche a tụrụ anya na oge mbata n'etiti otu ụzọ na ụzọ ntụaka. Ọ bụrụ na akara ngosi dị na oge, nchikota nke mgbaàmà ndị a ga-enwe ike dị elu mgbe mgbanwe oge gasịrị. Ọ bụrụ na ha agwụla oge, nnyonye anya na-emebi emebi ga-amachi ike nke nchikota ha. nọ na mmekọ nwoke na nwanyị. Na fig. 31, a na-ahọrọ ọnụọgụ nlele nke 2 MHz ka ọ gbanwee oge data site na ọnụọgụ integer nke nlele. Ụzọ dị mma karịa bụ idowe ọnụ ọgụgụ nleba anya nke 250 kHz wee jiri nzacha Mkpebi Mkpebi (FIR) mee ka ọ chịkọta oge igbu oge. Anyị ga-eche na a na-ekpebi mgbagwoju anya nke algọridim beamforming site na ngbanwe oge, ebe ọ bụ na ọwa ọ bụla na-ejikọta ya na nzacha FIR na mgbata 16 n'akụkụ ọ bụla. Iji gbakọọ ọnụ ọgụgụ nke MIPS chọrọ maka ọrụ a, anyị na-atụle a window nke 6ms kwa nha iji weghara nso nke 1 mita, 5 ọwa, 11 beamforming ntụziaka (nso +/- 50° na 10° nzọụkwụ). 75 nha kwa sekọnd kwagara microcontroller ruo 100 MIPS kachasị. Njikọ. 68, na-ebute nkwụsị ike nke 11.26 mW maka mkpokọta ike nke 11.71 mW mgbe agbakwunyere ntinye aka ADC n'elu.
Data na-akwado nsonazụ nke ọmụmụ a dị site n'aka onye ode akwụkwọ, FM, mgbe ezi uche rịọrịọ.
Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y. Mkpa ohere na oge maka nhazi mgbaàmà na ndị ọrụ neuromorphic: Ihe ịma aka nke ịmepụta ike dị ala, ndị nwere onwe ha na-emekọrịta ihe na gburugburu ebe obibi. Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y. Mkpa ohere na oge maka nhazi mgbaàmà na ndị ọrụ neuromorphic: Ihe ịma aka nke ịmepụta ike dị ala, ndị nwere onwe ha na-emekọrịta ihe na gburugburu ebe obibi.Indiveri G. na Sandamirskaya Y. Mkpa ohere na oge maka nhazi mgbaàmà na ndị na-ahụ maka neuromorphic: ihe ịma aka nke ịmepụta ndị na-arụ ọrụ onwe ha dị ala na-emekọrịta ihe na gburugburu ebe obibi. Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y.代理的挑战. Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y.Indiveri G. na Sandamirskaya Y. Mkpa ohere na oge maka nhazi mgbaàmà na ndị na-ahụ maka neuromorphic: ihe ịma aka nke ịmepụta ndị na-arụ ọrụ onwe ha dị ala na-emekọrịta ihe na gburugburu ebe obibi.Nhazi akara ngosi IEEE. Akwụkwọ akụkọ 36, 16–28 (2019).
Thorpe, SJ Oge ọbịbịa kacha elu: Atụmatụ nzuzo netwọkụ akwara dị mma. na Eckmiller, R., Hartmann, G. & Hauske, G. (eds). na Eckmiller, R., Hartmann, G. & Hauske, G. (eds).na Eckmiller, R., Hartmann, G. na Hauske, G. (eds.).Na Eckmiller, R., Hartmann, G., na Hauske, G. (eds.). Nhazi n'otu n'otu na sistemu akwara na kọmpụta 91-94 (North-Holland Elsevier, 1990).
Levy, WB & Calvert, Nkwukọrịta VG na-eri ike ugboro 35 karịa ịgbakọ na cortex mmadụ, mana ụgwọ abụọ ahụ dị mkpa iji buru amụma ọnụọgụ synapse. Levy, WB & Calvert, Nkwukọrịta VG na-eri ike ugboro 35 karịa ịgbakọ na cortex mmadụ, mana ụgwọ abụọ ahụ dị mkpa iji buru amụma ọnụọgụ synapse.Levy, WB na Calvert, WG Communication na-eri ike ugboro 35 karịa ịgbakọ na cortex mmadụ, mana ụgwọ abụọ ahụ dị mkpa iji buru amụma ọnụ ọgụgụ nke synapses. Levy, WB & Calvert, VG Communication 消耗的能量是人类皮层计算的35 Levy, WB & Calvert, Nkwukọrịta VGLevy, WB na Calvert, WG Communication na-eri ike ugboro 35 karịa ịgbakọ na cortex mmadụ, mana ụgwọ abụọ ahụ chọrọ ịkọ ọnụ ọgụgụ synapses.usoro. National Academy of Science. sayensị. US 118, https://doi.org/10.1073/pnas.2008173118 (2021).
Dalgaty, T., Vianello, E., De Salvo, B. & Casas, J. Kọmputa neuromorphic sitere n'ike mmụọ ahụhụ. Dalgaty, T., Vianello, E., De Salvo, B. & Casas, J. Kọmputa neuromorphic sitere n'ike mmụọ ahụhụ.Dalgati, T., Vianello, E., DeSalvo, B. na Casas, J. Kọmputa neuromorphic sitere n'ike mmụọ ahụhụ.Dalgati T., Vianello E., DeSalvo B. na Casas J. Mgbakọ neuromorphic sitere n'ike mmụọ ahụhụ. Ugbu a. Echiche. Sayensị ụmụ ahụhụ. 30, 59–66 (2018).
Roy, K., Jaiswal, A. & Panda, P. Maka ọgụgụ isi igwe dabere na spike na mgbako neuromorphic. Roy, K., Jaiswal, A. & Panda, P. Maka ọgụgụ isi igwe dabere na spike na mgbako neuromorphic. Roy, K., Jaiswal, A. & Panda, P. N'ebe Spike-Dabere igwe ọgụgụ isi na Neuromorphic Computing.Roy K, Jaiswal A, na Panda P. Pulse dabeere na ọgụgụ isi site na iji mgbakọ neuromorphic. Ọdịdị 575, 607-617 (2019).
Indiveri, G. & Liu, S.-C. Indiveri, G. & Liu, S.-C.Indiveri, G. na Liu, S.-K. Indiveri, G. & Liu, S.-C. Indiveri, G. & Liu, S.-C.Indiveri, G. na Liu, S.-K.Ebe nchekwa na nhazi ozi na sistemụ neuromorphic. usoro. IEEE 103, 1379–1397 (2015).
Akopyan F. et al. Truenorth: Nhazi na ngwa ọrụ maka mgbawa synapti 65 mW 1 nde neuron. IEEE azụmahịa. Nhazi kọmpụta nke sistemu sekit agbakwunyere. 34, 1537–1557 (2015).
Schemmel, J. et al. Ngosi ihe ngosi dị ndụ: agbadala ụdị sistemụ neuromorphic BrainScaleS n'ọtụtụ efere. 2012 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), (IEEE ed.) 702-702 (2012).
Moradi, S., Qiao, N., Stefanini, F. & Indiveri, G. A scalable multicore architecture na iche iche ebe nchekwa Ọdịdị maka ike neuromorphic asynchronous processors (DYNAPs). Moradi, S., Qiao, N., Stefanini, F. & Indiveri, G. A scalable multicore architecture na iche iche ebe nchekwa Ọdịdị maka ike neuromorphic asynchronous processors (DYNAPs).Moradi S., Qiao N., Stefanini F. na Indiviri G. A scalable multicore architecture na ebe nchekwa dị iche iche maka dynamic neuromorphic asynchronous processors (DYNAP). Moradi, S., Qiao, N.、Stefanini, F. & Indiveri, G.内存结构. Moradi, S., Qiao, N.,Stefanini, F. & Indiveri, G. A ụdị expandable multi-isi architecture, na a pụrụ iche ebe nchekwa Ọdịdị maka dynamic neural nhazi (DYNAP).Moradi S., Qiao N., Stefanini F. na Indiviri G. A scalable multicore architecture na ebe nchekwa dị iche iche maka dynamic neuromorphic asynchronous processors (DYNAP).Azụmahịa IEEE na sayensị biomedical. usoro eletriki. 12, 106–122 (2018).
Davis, M. et al. Loihi: Ihe nhazi multi-core neuromorphic nwere mmụta agbakwunyere. IEEE Micro 38, 82–99 (2018).
Furber, SB, Galluppi, F., Temple, S. & Plana, LA The SpinNaker oru ngo. Furber, SB, Galluppi, F., Temple, S. & Plana, LA The SpinNaker oru ngo.Ferber SB, Galluppi F., Temple S. na Plana LA SpinNnaker oru ngo.Ferber SB, Galluppi F., Temple S. na Plana LA SpinNnaker oru ngo. usoro. IEEE 102, 652-665 (2014).
Liu, S.-K. & Delbruck, T. Neuromorphic sensory sistem. & Delbruck, T. Neuromorphic sensory sistem.na Delbrück T. Neuromorphic sensory sistem. & Delbruck, T. 神经形态感觉系统。 & Delbruck, T.na Delbrück T. Neuromorphic sensory system.Ugbu a. Echiche. Neurobiology. 20, 288–295 (2010).
Chope, T. et al. Ntinye uche nke Neuromorphic maka nchikota isi mmalite ụda na mgbanarị nkukota. Na 2019 na IEEE Conference on Biomedical Circuits and Systems (BioCAS), (IEEE Ed.) 1-4 (2019).
Risi, N., Aimar, A., Donati, E., Solinas, S. & Indiveri, G. A spike dabeere neuromorphic architecture nke stereo ọhụụ. Risi, N., Aimar, A., Donati, E., Solinas, S. & Indiveri, G. A spike dabeere neuromorphic architecture nke stereo ọhụụ.Risi N, Aymar A, Donati E, Solinas S, na Indiveri G. Ihe owuwu nke stereovision neuromorphic dabere na spike. Risi, N., Aimar, A., Donati, E., Solinas, S. & Indiveri, G. 一种基于脉冲的立体视觉神经形态结构。 Risi, N., Aimar, A., Donati, E., Solinas, S. & Indiveri, G.Risi N, Aimar A, Donati E, Solinas S, na Indiveri G. Ihe owuwu neuromorphic dabere na Spike maka ọhụụ stereo.n'ihu. Neurobotics 14, 93 (2020).
Osswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R. & Indiveri, G. A spiking neural network model nke 3Dperception maka ihe omume dabere neuromorphic stereo ọhụụ usoro. Osswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R. & Indiveri, G. A spiking neural network model nke 3Dperception maka ihe omume dabere neuromorphic stereo ọhụụ usoro.Oswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R., na Indiveri, G. A 3D Pulsed Neural Network Perception Model maka Mmemme-Dabere Neuromorphic Stereo Vision Systems. Osswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R. & Indiveri, G. Osswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R. & Indiveri, G. 3Dperception 脉冲神经网络模型。Oswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R., na Indiveri, G. Spiked 3Dperception Neural Network Model maka ihe omume dabere Neuromorphic Stereo Vision System.sayensị. Akụkọ 7, 1–11 (2017).
Dalgaty, T. et al. Nchọpụta mmegharị ahụ nke ụmụ ahụhụ sitere n'ike mmụọ nsọ gụnyere ebe nchekwa mgbochi yana netwọk akwara gbawara agbawa. Sistemụ biohybrid bionic. 10928, 115–128 (2018).
D'Angelo, G. et al. Nchọpụta ngagharị eccentric dabere na emume site na iji koodu dị iche nwa oge. n'ihu. Ọrịa akwara. 14, 451 (2020).