Serîlêdanên hilberandina daneya cîhana rastîn hewceyê pergalên hesabker ên kompakt, kêm-dereng, kêm-hêz in. Digel kapasîteyên hesabker-rêveberî yên bûyeran, mîmarên mîmariya neuromorfîk memristî yên hîbrîd ên metal-oksît-nîvconductor temamker ji bo peywirên weha bingehek hardware ya îdeal peyda dikin. Ji bo ku potansiyela tevahî ya pergalên weha destnîşan bikin, em ji bo sepanên herêmîkirina tiştên cîhana rastîn çareseriyek pêvajoyek senzorê ya berfireh pêşniyar dikin û bi ceribandinê destnîşan dikin. Me îlhamek ji neuroanatomiya barn owl xêz kir, me pergalek herêmîkirina objeyê ya biyoînspirator, bi bûyer-rêveberî pêş xist ku veguherînerek veguherînerek mîkromekanîkî ya piezoelektrîkî ya herî pêşkeftî bi bîranîna berxwedêr a neuromorfîkî ya bingehîn a grafîkî ya hesabker re dike yek. Em pîvandinên pergalek çêkirî nîşan didin ku tê de detektorek rasthatina berxwedanê ya bingehîn a bîranînê, çerxa xeta derengmayînê, û veguherînerek ultrasonîkî ya bi tevahî xwerû tê de heye. Em van encamên ceribandinê bikar tînin da ku simulasyonên di asta pergalê de pîvandin. Dûv re ev simulasyon têne bikar anîn da ku çareseriya goşeyî û karbidestiya enerjiyê ya modela herêmîkirina tiştan binirxînin. Encam destnîşan dikin ku nêzîkatiya me dikare ji mîkrokontrolkerên ku heman peywirê pêk tînin çend rêzikên mezinahiya enerjiyê bikêrtir be.
Em dikevin serdemek hesabkirina berbelav ku jimara cîhaz û pergalên hatine bicîh kirin qat bi qat mezin dibe da ku di jiyana meya rojane de alîkariya me bike. Tê payîn ku ev pergal bi domdarî bixebitin, dema ku fêr dibin şirovekirina daneya ku ew ji gelek senzoran di wextê rast de berhev dikin û di encama karên dabeşkirin an naskirinê de hilberandina binaryê hildiberînin, heya ku gengaz dibe hindik hêz dixwin. Yek ji gavên herî girîng ên ku ji bo gihîştina vê armancê hewce dike, derxistina agahdariya kêrhatî û tevlihev ji daneyên hestiyar ên bi deng û pir caran ne temam e. Nêzîkatiyên endezyariya kevneşopî bi gelemperî nîşaneyên senzorê bi rêjeyek domdar û bilind nimûne dikin, di nebûna danûstendinên bikêr de jî gelek daneyan çêdikin. Wekî din, van rêbazan teknîkên pêvajokirina sînyala dîjîtal a tevlihev bikar tînin da ku pêş-pêvajoya daneya têketinê (pir caran dengdar) bikin. Di şûna wê de, biyolojî çareseriyên alternatîf pêşkêşî dike ji bo hilberandina daneyên hestiyar ên bi deng bi karanîna nêzîkatiyên enerjî-kêrhatî, asynchronous, bûyer-rêveber (spikes) 2,3. Hesabkirina neuromorfîk ji pergalên biyolojîkî îlhamê digire da ku lêçûnên hesabkerî di warê hewcedariyên enerjî û bîranînê de li gorî rêgezên hilanîna nîşana kevneşopî kêm bike4,5,6. Di van demên dawî de, pergalên bingehîn ên mejî-armanca giştî ya nûjen ên ku torên neuralî yên impulse bicîh dikin (TrueNorth7, BrainScaleS8, DYNAP-SE9, Loihi10, Spinnaker11) hatine destnîşan kirin. Van pêvajoyên hêza kêm, çareseriyên derengiya kêm ji bo fêrbûna makîneyê û modela çerxa kortikê peyda dikin. Ji bo ku karbidestiya xweya enerjiyê bi tevahî bikar bînin, divê ev pêvajoyên neuromorfîk rasterast bi senzorên bûyer-rêveberî ve werin girêdan12,13. Lêbelê, îro tenê çend cîhazên pêwendiyê hene ku rasterast daneyên bûyer-rêveberî peyda dikin. Nimûneyên berbiçav senzorên dîtbarî yên dînamîk (DVS) ji bo sepanên dîtinê yên wekî şopandin û vedîtina tevgerê14,15,16,17 silicon cochlea18 û senzorên bihîstwerî yên neuromorfîk (NAS)19 ji bo pêvajokirina sînyala bihîstinê, senzorên bîhnê20 û gelek mînakên 21,22 yên têkilîyê ne. . sensors tevna.
Di vê gotarê de, em pergalek pêvajoyek bihîstinê ya nû-pêşkeftî ya pêşkeftî pêşkêşî dikin ku ji bo herêmîkirina tiştan tê sepandin. Li vir, ji bo cara yekem, em pergalek dawî-bi-dawî ji bo lokalîzasyona objeyê ku bi girêdana veguherînerek ultrasonîk a mîkromakînekirî ya piezoelektrîkî ya herî pêşkeftî (pMUT) bi grafek hesabkerî ya ku li ser bingeha bîranîna berxwedêr a neuromorfîk (RRAM) ve hatî wergirtin, vedibêjin. Mîmarên hesabkirina nav-bîra ku RRAM bikar tînin çareseriyek sozdar e ji bo kêmkirina xerckirina hêzê23,24,25,26,27,28,29. Nerazîbûna wan a cewherî - ne hewce ye ku xerckirina hêza çalak ji bo hilanîn an nûvekirina agahdariyan - bi xwezaya asynchronous, bûyer-rêveberî ya hesabkirina neuromorfîk re guncanek bêkêmasî ye, ku di encamê de dema ku pergal bêkar e hema hema hema bê xerckirina hêzê ye. Veguhezerên ultrasonîk ên mîkromakînekirî yên piezoelektrîkî (pMUTs) veguherînerên ultrasonîk ên erzan, piçûkkirî ne ku dikarin wekî veguhezker û wergir tevbigerin30,31,32,33,34. Ji bo pêvajokirina îşaretên ku ji hêla senzorên çêkirî ve têne wergirtin, me ji neuroanatomiya barn owl35,36,37 îlham kişand. Kûçika baranê Tyto alba bi şiyanên xwe yên nêçîra şevê yên balkêş bi saya pergalek herêmîkirina bihîstinê ya pir bikêr tê zanîn. Ji bo hesabkirina cihê nêçîrê, pergala herêmîkirina kewên embar dema firînê (ToF) kod dike ku pêlên dengê ji nêçîrê digihîjin her yek ji guhên kew an jî wergirên deng. Ji ber dûrahiya di navbera guhan de, cûdahiya di navbera her du pîvandinên ToF de (Cûdahiya Demjimêra Interaural, ITD) gengaz dike ku bi analîtîk pozîsyona azimûtê ya armancê were hesibandin. Her çend pergalên biyolojîkî ji bo çareserkirina hevkêşeyên cebrî nebaş in, ew dikarin pirsgirêkên herêmîbûnê pir bi bandor çareser bikin. Pergala demarî ya kewkê ya barn komek ji detektorên tesadufî (CD) 35 noyron bikar tîne (ango, noyronên ku dikarin têkiliyên demkî yên di navbera çîpên ku ber bi jor ve ber bi dawîyên dilşewat belav dibin)38,39 di grafikên hesabkerî de têne organîze kirin da ku pirsgirêkên pozîsyonê çareser bikin.
Lêkolîna berê destnîşan kir ku amûra temamker a metal-oksît-nîvconductor (CMOS) û nermalava neuromorfîkî ya RRAM-ê ya ku ji kolîkulusa jêrîn ("korteksa bihîstinê") ya kewçêrê îlhama xwe digire, ji bo hesabkirina pozîsyonê bi karanîna ITD13, 40, 41, rêbazek bikêr e. 42, 43, 44, 45, 46. Lêbelê, potansiyela pergalên neuromorfîkî yên bêkêmasî yên ku nîşanên bihîstinê bi grafikên hesabkerî yên neuromorfîk ve girêdidin hêj nehatiye destnîşan kirin. Pirsgirêka sereke guherbariya cewherî ya çerxên CMOS analog e, ku bandorê li rastbûna tespîtkirina maçê dike. Di van demên dawî de, pêkanînên hejmarî yên alternatîf ên texmînên ITD47 hatine destnîşan kirin. Di vê gotarê de, em pêşniyar dikin ku kapasîteya RRAM-ê bikar bînin da ku nirxa guheztinê bi rengek ne-veguhêz biguhezîne da ku li hember guhezbariya di çerxên analogê de berteng bike. Me pergalek ceribandinê pêk anî ku ji yek membranek veguhezkar a pMUT ku bi frekansa 111.9 kHz dixebite, du membranên wergirên pMUT (sensor) ku guhên kewê simul dikin pêk tê û yek . Me pergala vedîtina pMUT û grafika hesabker a ITD-ya RRAM-ê bi ezmûnî diyar kir da ku pergala xweya herêmîbûnê biceribîne û çareseriya wê ya goşeyî binirxîne.
Em rêbaza xwe bi pêkanînek dîjîtal a li ser mîkrokontrollerek ku heman peywira herêmîkirinê bi karanîna rêbazên kevneşopî yên tîrêj an neuromorfîk pêk tîne, û her weha rêzek deriyê bernamekirî yê zeviyê (FPGA) ji bo texmîna ITD-ê ku di referansê de hatî pêşniyar kirin re berhev dikin. 47. Ev berhevdan karbidestiya hêza pêşbaziyê ya pergala neuromorfîkî ya analogê ya RRAM-a pêşniyarkirî ronî dike.
Yek ji mînakên herî berbiçav ên pergalek herêmîkirina tiştan rast û bikêrhatî dikare di barn owl35,37,48 de were dîtin. Di êvarê û berbangê de, kewiya embarê (Tyto Alba) di serî de xwe dispêre guhdariya pasîf, bi awayekî aktîf li nêçîrên piçûk ên mîna zozanan an mişkan digere. Van pisporên bihîstinê dikarin îşaretên bihîstinê yên ji nêçîrê bi rastiyek ecêb (nêzîkî 2°)35 herêmî bikin, wekî ku di jimar 1a de tê xuyang kirin. Kûçikên barn cîhê çavkaniyên deng ên di balafira asîmut (horîzontal) de ji cûdahiya dema firînê (ITD) ji çavkaniya deng heya her du guhan diyar dikin. Mekanîzmaya hesabkerî ya ITD ji hêla Jeffress49,50 ve hate pêşniyar kirin ku xwe dispêre geometriya neuralî û du hêmanên bingehîn hewce dike: axon, fîberek nervê ya neuronê ku wekî xeta derengiyê tevdigere, û komek neuronên detektorê tesadufî ku di pergalek hesabker de têne organîze kirin. grafîka ku di jimar 1b de tê nîşandan. Deng bi derengiya dema girêdayî azimûtê (ITD) digihîje guh. Dûv re deng di her guhê de vediguhere qalibek çîpekê. Axonên guhên çep û rast wekî xetên derengmayînê tevdigerin û li ser neuronên CD-yê digihêjin hev. Ji hêla teorîkî ve, tenê yek neuron di nav rêzek neuronên hevgirtî de dê her gavê têketinê werbigire (ku dereng tam betal dibe) û dê herî zêde bişewite (hucreyên cîran jî dê bişewitin, lê bi frekansek kêmtir). Çalakkirina hin neuronan pozîsyona armancê li fezayê kod dike bêyî ku ITD-ê bêtir veguhezîne goşeyan. Ev têgeh di Xiflteya 1c de hatiye kurtkirin: bo nimûne, eger deng ji aliyê rastê ve tê dema ku sînyala têketinê ji guhê rastê rêyek dirêjtir ji riya guhê çepê digere, ji bo nimûne hejmara ITD-ê telafî dike, dema ku neuron 2 li hev dike. Bi gotinek din, her CD ji ber derengiya axonal bersivê dide hin ITD (her weha wekî derengiya çêtirîn tê zanîn). Bi vî rengî, mêjî agahdariya demkî vediguhezîne agahdariya mekan. Delîlên anatomîkî ji bo vê mekanîzmayê hatine dîtin37,51. Neronên macronucleus ên qonax-girtî agahdariya demkî ya li ser dengên hatin hildiberînin: wekî ku ji navê wan diyar e, ew di hin qonaxên nîşanê de dişewitînin. Neronên detektorê tesadufî yên modela Jeffress dikarin di navika laminar de werin dîtin. Ew agahdarî ji neuronên makronokleer digirin, ku axons wan wekî xetên derengiyê tevdigerin. Rêjeya derengiya ku ji hêla xeta dereng ve hatî peyda kirin dikare bi dirêjahiya axon, û her weha şêwazek din a myelination ku leza guheztinê diguhezîne ve were rave kirin. Bi îlhama pergala bihîstinê ya kewiya baranê, me pergalek biomimetîkî ji bo herêmîkirina tiştan pêşxistiye. Du guh bi du wergirên pMUT têne temsîl kirin. Çavkaniya deng veguhezkara pMUT ye ku di navbera wan de ye (Hêjî. 1a), û grafika hesabkerî ji hêla şebekek ji çerxên CD-ya-based RRAM (Hêjîl. 1b, kesk) ve hatî çêkirin, ku rola neuronên CD-yê yên ku têketina wan dereng dimînin dilîze. di nav çerxê de, xetên derengmayînê (şîn) di hevtayê biyolojîkî de mîna axons tevdigerin. Pergala hestiyariyê ya pêşniyarkirî di frekansa xebitandinê de ji ya owl, ku pergala bihîstweriya wê di rêza 1-8 kHz de dixebite, cûda dibe, lê di vê xebatê de senzorên pMUT ku bi qasî 117 kHz dixebitin têne bikar anîn. Hilbijartina veguherînerek ultrasonic li gorî pîvanên teknîkî û xweşbîniyê tête hesibandin. Pêşîn, sînordarkirina bandê ya wergirtinê bi frekansek yekane bi îdeal rastbûna pîvandinê baştir dike û gava paş-pêvajoyê hêsan dike. Digel vê yekê, operasyona di ultrasoundê de ev avantaj heye ku pêlên ku têne derxistin nayên bihîstin, ji ber vê yekê mirovan aciz nakin, ji ber ku rêjeya bihîstina wan ~ 20-20 kHz e.
keweke embar pêlên deng ji armancekê distîne, di vê rewşê de nêçîra xwe dihejîne. Dema firînê (ToF) ya pêla deng ji bo her guhekî cuda ye (heta ku nêçîra rasterast li ber kew be). Xeta xalîçe rê nîşan dide ku pêlên deng digihîjin guhên kewên embar. Nêçî dikare li ser bingeha cûdahiya dirêjahiya di navbera her du rêyên akustîk û cûdahiya dema navberê ya têkildar (ITD) de li ser bingeha ferqa horizontî rast were herêmî kirin (wêneya çepê ku ji ref. 74, mafnasî 2002, Society for Neuroscience hatî îlhamkirin). Di pergala me de, veguhezkarê pMUT (şîna tarî) pêlên deng çêdike ku ji armancê derdikevin. Pêlên ultrasoundê yên reflekskirî ji hêla du wergirên pMUT (kesk sivik) ve têne wergirtin û ji hêla pêvajoya neuromorfîk (rast) ve têne hilberandin. b Modelek hesabkerî ya ITD (Jeffress) ku diyar dike ka çawa dengên ku dikevin guhên kewên embarê pêşî wekî çîpên qonax-girtî yên di navokê ya mezin (NM) de têne kod kirin û dûv re tevnek geometrîkî ya sazkirî ya neuronên detektorê yên lihevhatî di navika lamellar de bikar tîne. Processing (Hollanda) (çep). Nîşana grafek hesabker a neuroITD ku xêzên derengmayînê û noyronên detektorê tesadufî tevdigere, pergala biosensora owl dikare bi karanîna çerxên neuromorfîkî yên bingeha RRAM-ê (rast) were model kirin. c Skemaya mekanîzmaya sereke ya Jeffressê, ji ber cudahiya ToF, her du guh di demên cihê de teşwîqên deng werdigirin û axons ji her du seriyan dişînin dedektorê. Axons beşek ji rêzek neuronên detektorê tesadufî (CD) ne, ku her yek ji wan bi rengek bijartî bersivê dide danûstendinên bi zexmî yên bi demê re. Wekî encamek, tenê CDyên ku têketina wan bi cûdahiya demê ya herî piçûk digihîje herî zêde bi heyecan in (ITD tam tê telafî kirin). Dê CD paşê pozîsyona goşeya armancê şîfre bike.
Veguhezerên ultrasonîk ên mîkromekanîkî yên piezoelektrîkî veguherînerên ultrasonîk ên berbelav in ku dikarin bi teknolojiya pêşkeftî ya CMOS31,32,33,52 re werin yek kirin û ji veguhezerên volumetrîkî yên kevneşopî voltaja destpêkê û xerckirina hêzê kêmtir in53. Di xebata me de, pîvana membranê 880 μm ye, û frekansa resonantê di navbera 110-117 kHz de belav dibe (Hêjîrê. 2a, ji bo hûragahiyan li Rêbazan binêre). Di komek ji deh amûrên ceribandinê de, faktora kalîteyê ya navîn bi qasî 50 bû (ref. 31). Teknolojî gihîştiye gihîştina pîşesaziyê û bi xwe ne biyolojîk e. Tevhevkirina agahdariya ji fîlimên pMUT-ê yên cihêreng teknîkek naskirî ye, û agahdariya goşeyê dikare ji pMUT-an were wergirtin, mînakî, teknîkên çêkirina tîrêjê31,54. Lêbelê, pêvajoyek nîşana ku ji bo derxistina agahdariya goşeyê hewce dike ji bo pîvandinên hêza kêm ne maqûl e. Pergala pêşniyarkirî dora pêş-pêvajoya daneya neuromorfîkî pMUT bi grafiyek hesabkeriya neuromorfîkî ya bingehîn a RRAM-ê ku ji modela Jeffress ve hatî îlhama kirin (Wêne 2c) bi hev re dike, çareseriyek enerjiyê ya bikêrhatî û çavkaniyê bi sînor peyda dike. Me ceribandinek kir ku tê de du senzorên pMUT bi qasî 10 cm ji hev dûr hatin danîn da ku dengên ToF yên cihêreng ên ku ji hêla du membranên wergir ve têne wergirtin bikar bînin. Yek pMUT ku wekî veguhezker di navbera wergiran de rûdine. Hedef plaqeke PVC ya bi firehiya 12 cm bû, ku li dûrahiya D li ber cîhaza pMUT-ê cih girtibû (Hêjîra 2b). Wesayît dengê ku ji cewherê derdikeve tomar dike û di dema derbasbûna pêla deng de bi qasî ku pêkan dibe reaksiyonê dike. Ezmûnê bi guheztina pozîsyona tiştê ku ji hêla dûrahiya D û goşeya θ ve hatî destnîşankirin dubare bikin. Bi îlhama girêdanek. 55, em pêş-pêvajoyek neuromorfîkî ya îşaretên xav pMUT pêşniyar dikin da ku pêlên ronîkirî veguhezînin lûtkeyan da ku grafiyek hesabkerî ya neuromorfîk têkevinê. ToF ya ku bi amplituda lûtkeyê re têkildar ji her du kanalan tê derxistin û wekî dema rast a lûtkeyên kesane tê kod kirin. Li ser hêjîrê. 2c çerxa ku ji bo pêwendiya senzora pMUT-ê bi grafek hesabker-based RRAM-ê re hewce dike destnîşan dike: ji bo her du wergirên pMUT-ê, sînyala xav band-pass tê fîltrekirin da ku xweş bibe, rast bike, û dûv re di moda serketinê de derbasî entegratora lewaz dibe. tixûba dînamîk (Hêjîra 2d) neronek derketinê (pişk) û gulebaranê (LIF) diafirîne: dema lûtkeya derketinê dema firînê ya diyarkirî kod dike. Berdêla LIF-ê li hember bersiva pMUT-ê tê pîvandin, bi vî rengî guhezbariya pMUT ji amûrek ber bi cîhazê kêm dike. Bi vê nêzîkatiyê, li şûna ku em tevahiya pêla deng di bîranînê de hilînin û dûv re wê hilînin, em tenê lûtkeyek li gorî ToF ya pêla deng çêdikin, ku têketina grafika hesabker a bîranîna berxwedêr pêk tîne. Tîp rasterast ji xetên derengiyê re têne şandin û di grafikên hesabkirina neuromorfîk de bi modulên tespîtkirina maçê re têne paralel kirin. Ji ber ku ew ber bi dergehên transîstoran ve têne şandin, ti çerxek zêdeker a zêde hewce nake (ji bo hûragahiyan li Hêjmara 4-ê binêre). Ji bo nirxandina rastbûna goşeya herêmî ya ku ji hêla pMUT ve hatî peyda kirin û rêbaza pêvajoyek nîşana pêşniyarkirî, me ITD (ango, ferqa wextê di navbera bûyerên pez ên ku ji hêla du wergiran ve têne hilberandin) de pîvandin ji ber ku dûr û goşeya tiştê diguhezîne. Dûv re analîza ITD veguherî goşeyan (li Rêbazan binêre) û li hember pozîsyona heyberê hate xêzkirin: nezelaliya di ITD-ya pîvandî de bi dûrbûn û goşeya bi tiştê re zêde bû (Hêjî. 2e, f). Pirsgirêka sereke di bersiva pMUT de rêjeya lûtkeya deng (PNR) ye. Tişt çiqas dûrtir be, sînyala dengbêjî ewqas kêm dibe, bi vî rengî PNR kêm dibe (Hêjî. 2f, xeta kesk). Kêmbûnek di PNR de dibe sedema zêdebûna nezelaliyê di texmîna ITD de, di encamê de rastbûna herêmîbûnê zêde dibe (Hêjîrê. 2f, xeta şîn). Ji bo tiştek li dûrahiya 50 cm ji veguhestinê, rastbûna goşeya pergalê bi qasî 10 ° ye. Ev tixûbê ku ji hêla taybetmendiyên senzorê ve hatî ferz kirin dikare were çêtir kirin. Mînakî, zexta ku ji hêla emitter ve hatî şandin dikare were zêde kirin, bi vî rengî voltaja ku membrana pMUT dimeşîne zêde dibe. Çareseriyeke din a xurtkirina sînyala hatî veguheztin girêdana pir transmitteran e 56. Ev çareserî dê li ser lêçûnên lêçûnên zêde yên enerjiyê rêza tespîtê zêde bikin. Pêşveçûnên pêvek dikarin di aliyê wergirtinê de bêne çêkirin. Qata dengê wergirê pMUT dikare bi başkirina pêwendiya di navbera pMUT û amplifikatora qonaxa yekem de, ku niha bi girêdanên têl û kabloyên RJ45 ve tê çêkirin, bi girîngî were kêm kirin.
Wêneyek krîstalek pMUT ya bi şeş membranên 880 μm ku di pileya 1,5 mm de yekgirtî ne. b Diagrama sazkirina pîvandinê. Armanc li pozîsyona asîmutê θ û li dûrahiya D ye. Veguhezkara pMUT sînyalek 117,6 kHz çêdike ku ji armancê vedigere û digihîje du wergirên pMUT yên bi dema-firînê (ToF) cuda. Ev cûdahî, ku wekî cûdahiya demjimêra nav-guhê (ITD) tê pênase kirin, pozîsyona tiştekê kod dike û dikare bi texmînkirina bersiva lûtkê ya du senzorên wergirê were texmîn kirin. c Sêmatîka gavên pêş-pêvajoyê yên ji bo veguhertina sînyala pMUT ya xav li rêzikên spike (ango têketina grafika hesabkirina neuromorfîk). Sensorên pMUT û grafikên hesabker ên neuromorfîk hatine çêkirin û ceribandin, û pêş-pêvajoya neuromorfîk li ser bingeha simulasyona nermalavê ye. d Bersiva parzûna pMUT li ser wergirtina îşaretekê û veguheztina wê di domenek spike de. e Rastiya goşeyî ya lokalîzasyona ezmûnî wekî fonksiyonek goşeya nesnê (Θ) û dûrbûna (D) ji tiştê armancê re. Rêbaza derxistina ITD herî kêm çareseriyek goşeyî bi qasî 4 °C hewce dike. f Rastbûna goşeyê (xêza şîn) û rêjeya lûtke-bi- dengî ya têkildar (xeta kesk) li hember dûrahiya tiştan ji bo Θ = 0.
Bîra berxwedêr agahiyê di rewşek guhezbar a ne-volatile de hilîne. Prensîba bingehîn a rêbazê ew e ku guherandina madeyê di asta atomê de dibe sedema guherîna gerîdeya wê ya elektrîkê57. Li vir em bîranînek berxwedêr a oksîdê bikar tînin ku ji qatek 5 nm ya dîoksîta hafnîyûmê ya ku di navbera elektrodên tîtanyûmê yên jor û jêr û nîtrîda tîtaniumê de ye, bikar tînin. Gerîdbûna cîhazên RRAM-ê dikare bi sepandina pêleka tîrêjê/voltajê ya ku di navbera elektrodê de fîlimên guhêrbar ên valahiyên oksîjenê diafirîne an dişkîne were guheztin. Me cîhazên weha58 di pêvajoyek standard CMOS ya 130 nm de bi hev re entegre kir da ku çerxeyek neuromorfîkî ya ji nû ve vesazkirî ya çêkirî biafirîne ku detektorek rasthatinê û dorhêlek xeta derengmayînê pêk tîne (Hêjî. 3a). Xwezaya ne-hilweşîn û analog a cîhazê, bi xwezaya bûyer-rêveberî ya çerxa neuromorfîkî re hevgirtî, xerckirina hêzê kêm dike. Li çerxê fonksiyonek pêvekirin/çalakî ya tavilê heye: ew tavilê piştî ku were veguheztin tevdigere, dihêle ku dema ku çerxek bêkar be hêz bi tevahî were qut kirin. Blokên avahîsaziyê yên sereke yên pilana pêşniyarkirî di Fig. 3b. Ew ji N strukturên yek-berxwedêr ên yek-transîstor (1T1R) yên paralel pêk tê ku giraniyên sînaptîk ên ku ji wan herikên giran têne hildan kod dikin, di nav sinapsa hevpar a entegratorek cotek cûda (DPI)59 de têne derzî kirin, û di dawiyê de bi entegrasyonê û leakage. aktîfkirin (LIF) neuron 60 (ji bo hûragahiyan li Rêbaz binêre). Zêdebûna têketinê li ber deriyê avahiya 1T1R di forma rêzek pêlên voltazê de bi dirêjahiya bi fermana sed nan çirkeyan têne sepandin. Bîra berxwedêr dikare di rewşek guhezbar a bilind (HCS) de were danîn bi sepandina referansek erênî ya derveyî li ser Vtop dema ku Vbottom zevî ye, û bi sepandina voltaja erênî li Vbottom dema ku Vtop bi erdê ve ye veguhezîne rewşek guhêrbar a nizm (LCS). Nirxa navînî ya HCS dikare bi sînorkirina nihaya bernamekirinê (lihevhatina) ya SET (ICC) ji hêla voltaja dergeh-çavkaniyê ya transîstora rêzê ve were kontrol kirin (Hêjîrê. 3c). Fonksiyonên RRAM-ê di çerxê de du alî ne: ew pêlên têketinê rasterast dikin û giran dikin.
Wêneya mîkroskopa elektronîk (SEM) ya amûrek şîn a HfO2 1T1R RRAM a ku di teknolojiya 130 nm CMOS de bi transîstorên hilbijêr (650 nm berfire) bi kesk ve girêdayî ye. b Blokên avakirina bingehîn ên şema neuromorfîkî ya pêşniyarkirî. Pelên voltaja têketinê (pişk) Vin0 û Vin1 Iweighta heyî dixwe, ku bi rewşên rêvekirinê G0 û G1 yên avahiya 1T1R re têkildar e. Ev herik di nav sinapsên DPI-yê de tê derzî kirin û noyronên LIF-ê heyecan dike. RRAM G0 û G1 bi rêzê li HCS û LCS têne saz kirin. c Fonksiyona dendika guheztinê ya kumulatîf ji bo komek cîhazên 16K RRAM wekî fonksiyonek lihevhatina niha ya ICC, ku bi bandor asta rêvekirinê kontrol dike. d Pîvana dorhêlê di (a) de destnîşan dike ku G1 (di LCS de) bi bandor têketina ji Vin1 (kesk) asteng dike, û bi rastî voltaja membrana neurona derketinê tenê bersivê dide ketina şîn a ji Vin0. RRAM bi bandor girêdanên di çerxê de diyar dike. e Pîvandina çerxa di (b) de ku bandora nirxa guheztinê G0 li ser voltaja membranê Vmem piştî sepandina pêleka voltaja Vin0 nîşan dide. Her ku bêtir rêveçûn, bersiv ew qas xurtir dibe: Bi vî rengî, cîhaza RRAM giraniya girêdana I/O pêk tîne. Pîvandin li ser dorpêçê hatin çêkirin û fonksiyona dualî ya RRAM, rêkirin û giraniya pêlên têketinê nîşan dide.
Ya yekem, ji ber ku du dewletên guheztinê yên bingehîn (HCS û LCS) hene, RRAM dikarin pêlên têketinê asteng bikin an jî winda bikin dema ku ew bi rêzê di nav dewletên LCS an HCS de ne. Wekî encamek, RRAM bi bandor girêdanên di çerxê de diyar dike. Ev bingeh e ku meriv bikaribe mîmariyê ji nû ve saz bike. Ji bo ku vê yekê nîşan bidin, em ê di Fig. RRAM-a ku bi G0-ê re têkildar e di HCS-ê de, û RRAM-a duyemîn G1-ê di LCS-ê de tê bernamekirin. Pelên têketinê hem li Vin0 û hem jî Vin1 têne sepandin. Bandorên du rêzikên pêlên têketinê di neuronên derketinê de bi berhevkirina voltaja membrana neuronê û sînyala derketinê bi karanîna oscilloscope ve hate analîz kirin. Dema ku tenê amûra HCS (G0) bi nebza neuronê ve girêdayî bû ku tansiyona membranê teşwîq bike, ceribandin serketî bû. Ev di jimar 3d de tê xuyang kirin, ku trêna nebza şîn dibe sedem ku voltaja membranê li ser kondensatorê membranê çêbibe, dema ku trêna nebza kesk voltaja membranê domdar digire.
Fonksiyona duyemîn a girîng a RRAM pêkanîna giraniyên girêdanê ye. Bi karanîna verastkirina gihandina analogê ya RRAM-ê, girêdanên I/O dikarin li gorî wê werin giran kirin. Di ceribandina duyemîn de, cîhaza G0 di astên cihêreng ên HCS de hate bernamekirin, û pêla têketinê li ser têketina VIn0 hate sepandin. Nebza têketinê herikînek (Iweight) ji cîhazê dikişîne, ku bi rêkûpêk û daketina potansiyela têkildar Vtop - Vbot re têkildar e. Dûv re ev herikîna giran di nav sinapsesên DPI û noyronên derketinê yên LIF de tê derzî kirin. Voltaja membranê ya neuronên derketinê bi karanîna oscilloscope hate tomar kirin û di Xiflteya 3d de hate xuyang kirin. Zêdeya voltaja membrana neuronê di bersivdana pêlekek têketinê de bi rêkûpêkiya bîranîna berxwedêr re têkildar e, û destnîşan dike ku RRAM dikare wekî hêmanek bernamekirî ya giraniya synaptîk were bikar anîn. Van her du ceribandinên pêşîn destnîşan dikin ku platforma neuromorfîkî ya bingehîn a RRAM-ê ya pêşniyarkirî karibe hêmanên bingehîn ên mekanîzmaya bingehîn a Jeffress, ango xeta derengmayînê û çerxa detektorê rasthatiniyê bicîh bîne. Platforma çerxerê bi berhevkirina blokên li pey hev li kêleka hev, wek blokên di Figure 3b, û girêdana dergehên wan bi xetek têketina hevpar ve tê çêkirin. Me platformek neuromorfîk ku ji du noyronên derketinê pêk tê sêwirand, çêkir û ceriband ku du têketinan werdigirin (Hêjî. 4a). Di xêza 4b de diyagrama çerxê hatiye nîşandan. Matrixa jorîn 2 × 2 RRAM dihêle ku pêlên têketinê berbi du neuronên derketinê ve werin rêve kirin, dema ku matrixa jêrîn 2 × 2 destûrê dide girêdanên dûbare yên du neuronan (N0, N1). Em destnîşan dikin ku ev platform dikare bi veavakirina xeta derengmayînê û du fonksiyonên cihêreng ên detektorê rasthatiniyê were bikar anîn, wekî ku ji hêla pîvandinên ceribandinê ve di Fig. 4c-e de têne xuyang kirin.
Diyagrama dorhêlê ya ku ji hêla du neuronên derketinê N0 û N1 ve hatî çêkirin ku du têketinên 0 û 1 werdigirin. Çar amûrên jorîn ên rêzê girêdanên synaptîk ji têketinê heya derketinê diyar dikin, û çar şaneyên jêrîn girêdanên dûbareyî di navbera noyron de diyar dikin. RRAMên rengîn cîhazên ku di HCS-ê de li milê rastê hatine mîheng kirin temsîl dikin: Amûrên di HCS-ê de rê didin girêdanan û giraniyan temsîl dikin, dema ku cîhazên di LCS-ê de pêlên têketinê asteng dikin û girêdanên bi derketinan re asteng dikin. b Diyagrama çerxa (a) bi heşt modulên RRAM-ê yên bi şîn hatine ronî kirin. c Xetên derengmayînê bi tenê bi karanîna dînamîkên synapsesên DPI û neuronên LIF têne çêkirin. RRAM-a kesk li gorî rêgeziya têra xwe bilind tête danîn ku bikaribe piştî derengiya têketinê Δt di derketinê de xeletiyek çêbike. d Nîşana şematîkî ya CD-ya nehesas a rênîşanderî ya îşaretên girêdayî demê. Nerona derketinê 1, N1, bi derengiyek kurt li ser ketinên 0 û 1 dişewite. e Cirrûka CD-ya hesas a Direction, şebekek ku gava têketina 1 nêzikî têketina 0 dibe û digihîje piştî têketina 0-ê. Derketina çerxê bi noyron 1 (N1) tê temsîl kirin.
Xeta derengmayînê (Wêne 4c) bi tenê tevgera dînamîkî ya synapsên DPI û neuronên LIF bikar tîne da ku bi derengkirina Tdel pêla têketinê ji Vin1 heya Vout1 nûve bike. Tenê G3 RRAM-a ku bi Vin1 û Vout1 ve girêdayî ye di HCS de bernamekirî ye, yên mayî RRAM di LCS de têne bernamekirin. Amûra G3 ji bo 92.6 μs hate bernamekirin da ku pê ewle bibe ku her pêleka têketinê voltaja membranê ya nerona derketinê bi têra xwe zêde dike da ku bigihîje bendê û pêldanek derengî ya derengî çêbike. Derengiya Tdel ji hêla domdariya dema synaptîk û neuralî ve tê destnîşankirin. Detektorên tesadufî rûdana îşaretên têketinê yên bi demkî ve girêdayî lê bi cîh ve hatine belav kirin tespît dikin. CD-ya nehesas-rêveber xwe dispêre danûstendinên kesane yên ku bi neuronek derketinê ya hevpar re digihîjin hev (Wêne 4d). Du RRAM-ên ku Vin0 û Vin1 bi rêzê ve bi Vout1, G2 û G4 ve girêdidin ji bo rêveçûna bilind têne bername kirin. Gihîştina hevdemî ya çîpên li ser Vin0 û Vin1 voltaja parzûna neuronê N1 li jor sînorê ku ji bo hilberandina lûleya derketinê hewce dike zêde dike. Ger her du têketin di wextê de pir ji hev dûr bin, barkirina li ser voltaja membranê ya ku ji hêla têketina yekem ve hatî berhev kirin dibe ku dem hebe ku hilweşe, nehêle ku potansiyela membranê N1 bigihîje nirxa bend. G1 û G2 bi qasî 65 μs têne bernamekirin, ku ev yek piştrast dike ku hilkişîna yekane voltaja membranê bi têra xwe zêde nake ku bibe sedema bilindbûnek derketinê. Tespîtkirina tesadufê di navbera bûyerên ku di cîh û zeman de hatine belav kirin operasyonek bingehîn e ku di cûrbecûr peywirên hîskirinê de, wek dûrketina ji astengiyê ya li ser bingeha herikîna optîkî û cîhkirina çavkaniya deng, tê bikar anîn. Ji ber vê yekê, hesabkirina CD-yên hesas-hesas û nehesas ji bo avakirina pergalên herêmîkirina dîtbarî û bihîstwerî avahiyek bingehîn e. Wekî ku ji hêla taybetmendiyên domdar ên demê ve têne xuyang kirin (binihêrin Hêjmara Pêvek. 2), çerxa pêşniyarkirî rêzek guncaw a çar rêzikên mezinahiya pîvanên demê pêk tîne. Bi vî rengî, ew dikare di heman demê de hewcedariyên pergalên dîtbar û dengî bicîh bîne. CD-ya hesas a arasteyî çerxek e ku ji rêza cîhê gihîştina pêlşan hesas e: ji rast ber bi çep û berevajî. Ew di tora bingehîn a vedîtina tevgerê ya pergala dîtbarî ya Drosophila de bloka avahiyek bingehîn e, ku ji bo hesabkirina rêwerzên tevgerê û tespîtkirina pevçûnan tê bikar anîn62. Ji bo bidestxistina CD-ya hesas a rêgezê, divê du têketin ber bi du noyronên cihêreng (N0, N1) ve werin rêve kirin û pêdivî ye ku têkiliyek arasteyî di navbera wan de were saz kirin (Hêjîrê. 4e). Dema ku ketina yekem tê wergirtin, NO bi zêdekirina voltaja li seranserê membrana xwe li jor nirxa behrê re reaksiyonek dide û lûtkeyekê dişîne. Ev bûyera derketinê, di encamê de, bi saya girêdana rêwerzan a ku bi kesk hatî ronî kirin, N1 dişewitîne. Ger bûyerek têketinê Vin1 bigihîje N1 û enerjiyê bide N1 dema ku voltaja membrana wê hîn jî bilind e, N1 bûyerek derketinê çêdike ku destnîşan dike ku hevheviyek di navbera her du têketinan de hatiye dîtin. Girêdanên arasteyî rê didin ku N1 tenê dergehê derxe ger têketina 1 piştî têketina 0 were. G0, G3 û G7 bi rêzê ve bi 73,5 µS, 67,3 µS, û 40,2 µS têne bernamekirin, û piştrast dike ku yek çîpek li ser têketina Vin0 dibe sedema derengmayînekê. lûleya derketinê, dema ku potansiyela membrana N1 tenê digihîje berdê gava ku her du teqînên têketinê bi hev re digihîjin hev. .
Guherîbûn di pergalên neuromorfîk ên modelkirî de çavkaniyek bêkêmasî ye63,64,65. Ev dibe sedema tevgera heterojen a neuron û synapses. Nimûneyên kêmasiyên weha di nav de 30% (veguheztina navînî ya standard) guhêrbariya gihîştina têketinê, dema domdar, û heyama nerazîbûnê, ji bo çend navan (li Rêbaz binêre). Ev pirsgirêk hîn bêtir diyar dibe dema ku gelek şebekeyên neuralî bi hev re têne girêdan, wek CD-ya hesas a rêgezê ku ji du neuronan pêk tê. Ji bo ku meriv bi rêkûpêk bixebite, pêdivî ye ku domdariya dema qezenc û hilweşînê ya du neuronan bi qasî ku pêkan wekhev be. Mînakî, cûdahiyek mezin di qezenca têketinê de dikare bibe sedem ku neuronek li hember pêlekek têketinê zêde bertek nîşan bide dema ku noyona din bi zorê bersivdar e. Li ser hêjîrê. Wêneyê 5a nîşan dide ku noyronên ku bi rasthatinî hatine bijartin bi rengek cûda bersivê didin heman pêlêdana têketinê. Ev guherbariya neuralî, ji bo nimûne, bi fonksiyona CD-yên hesas-rêveber re têkildar e. Di nexşeya ku di Fig. 5b, c, qazanca ketina norona 1 ji ya noyron 0 pir bilindtir e. Bi vî rengî, noyona 0 sê pêlên têketinê (li şûna 1) hewce dike da ku bigihîje berxê, û neurona 1, wekî ku tê hêvî kirin, hewceyê du bûyerên têketinê ye. Bicîhkirina plastîkiya biomimetîkî ya girêdayî-dema spikê (STDP) rêyek mimkun e ku meriv bandora çerxên neuralî û synaptîk ên nerast û sist li ser performansa pergalê kêm bike43. Li vir em pêşniyar dikin ku tevgera plastîk a bîranîna berxwedêr wekî navgînek bandorkirina zêdekirina têketina neuralî û kêmkirina bandorên guhezbariyê di çerxên neuromorfîk de bikar bînin. Wekî ku di jimarê de tê nîşandan. 4e, astên rêvegirtinê yên ku bi girseya synaptîk RRAM re têkildar in bi bandor bersiva voltaja membrana neuralî ya têkildar modul kir. Em stratejiyek bernamesaziya RRAM-ê ya dubare bikar tînin. Ji bo têketinek diyarkirî, heya ku tevgera mebesta çerxê neyê bidestxistin, nirxên rêvekirinê yên giraniyên synaptîk ji nû ve têne bernamekirin (li Rêbazan binêre).
Pîvanek ceribandî ya bersiva neh neuronên takekesî yên ku bi korfelaqî hatine hilbijartin li ser heman pêlêdana têketinê. Bersiv di nav nifûsê de diguhere, bandorê li qezenca têketinê û domdariya demê dike. b Pîvandinên ceribandî yên bandora neuronan li ser guhezbariya noyronan ku bandorê li CD-ya hesas a rêgezê dikin. Du neuronên derketinê yên CD-yê hesas ên rêgez ji ber guhezbariya neuron-neuron cûda bersiv didin stimulasyonên têketinê. Neurona 0 ji neurona 1-ê xwedan qezencek têketinê kêmtir e, ji ber vê yekê ew sê pêlên têketinê digire (li şûna 1-ê) da ku pişkek derketinê çêbike. Wekî ku tê hêvî kirin, neuron 1 bi du bûyerên têketinê re digihîje berdê. Ger têketina 1 bigihîje Δt = 50 μs piştî ku neurona 0 dişewite, CD bêdeng dimîne ji ber ku Δt ji domdariya dema neurona 1 (nêzîkî 22 μs) mezintir e. c bi Δt = 20 μs tê kêmkirin, ji ber vê yekê gava ku agirê neurona 1 hîn jî bilind e, têketina 1 bilind dibe, di encamê de du bûyerên ketina hevdemî têne dîtin.
Du hêmanên ku di stûna hesabkirina ITD de têne bikar anîn rêza derengiyê û CD-ya nehesas a rêwerzê ne. Ji bo ku performansa pozîsyona tiştana baş peyda bike, her du şebek kalibrasyonek rastîn hewce dike. Xeta derengmayînê divê guhertoyek tam dereng a lûtkeya têketinê (Hêjî. 6a) radest bike, û CD tenê dema ku têketin bikeve nav rêza tespîtkirina armancê divê were çalak kirin. Ji bo xeta derengiyê, giraniya sînaptîk a girêdanên têketinê (G3 di Xiflteya 4a de) ji nû ve hatin bernamekirin heya ku derengiya armancê were bidestxistin. Ji bo rawestandina bernameyê toleransek li dora derengiya armancê saz bikin: her ku tolerans piçûktir be, ew qas dijwartir e ku meriv bi serfirazî rêzika derengiyê bicîh bike. Li ser hêjîrê. Xiflteya 6b encamên pêvajoya kalibrasyona xeta derengmayînê nîşan dide: tê dîtin ku pilana pêşniyarkirî tam dikare hemî derengiyên ku di nexşeya sêwiranê de hewce ne (ji 10 heya 300 μs) peyda bike. Hejmara herî zêde ya dubarekirina kalibrasyonê bandorê li kalîteya pêvajoya kalibrasyonê dike: 200 dubarekirin dikarin xeletiyê ji 5% kêmtir bikin. Yek dubarekirina kalibrasyonê bi xebatek danîn / vesazkirina hucreyek RRAM re têkildar e. Pêvajoya ahengkirinê di heman demê de ji bo baştirkirina rastbûna tespîtkirina bûyera nêzîk a tavilê ya modula CD-yê jî krîtîk e. Ji bo bidestxistina rêjeyek erênî ya rast (ango, rêjeya bûyeran ku bi rast wekî têkildar hatine nas kirin) li jor 95% (xeta şîn a di jimar 6c) de deh dubarekirina kalibrasyonê girt. Lêbelê, pêvajoya ahengkirinê bandor li bûyerên erênî yên derewîn nekir (ango, pirbûna bûyerên ku bi xeletî wekî têkildar hatine destnîşankirin). Rêbazek din a ku di pergalên biyolojîkî de tê dîtin ji bo derbaskirina tengasiyên demê yên rêyên ku bi lez çalak dibin, zêdebûn e (ango, gelek kopiyên heman tiştan ji bo pêkanîna fonksiyonek diyar têne bikar anîn). Bi îlhama biyolojiyê66, me di her modulek CD-yê de çend şebekeyên CD-yê di navbera her du xetên derengiyê de danîn da ku bandora erênîyên derewîn kêm bikin. Wekî ku di jimarê de tê nîşandan. 6c (xeta kesk), danîna sê hêmanên CD-yê di her modulek CD-yê de dikare rêjeya alarma derewîn ji 10-2 kêmtir kêm bike.
Bandorek guhezbariya neuronal li ser dorpêçên xeta derengmayînê. b Bi danîna domdarên demê yên neuronên LIF-ê yên têkildar û synapsên DPI-yê li gorî nirxên mezin, dorhêlên xêza derengmayînê dikarin bi derengiyên mezin werin pîvandin. Zêdekirina hejmara dubareyên prosedûra kalibrasyona RRAM-ê gengaz kir ku rastbûna derengiya armancê bi girîngî baştir bike: 200 dubareyan xeletî ji 5% kêmtir kêm kir. Yek dubarekirin bi operasyona SET/RESET li ser hucreyek RRAM re têkildar e. Her modul CD-ya di modela c Jeffress de dikare bi karanîna N hêmanên CD-ya paralel ve were sepandin ji bo nermbûnek mezintir bi têkçûna pergalê re. d Zêdetir dubarekirinên kalibrasyona RRAM rêjeya erênî ya rastîn zêde dikin (xêza şîn), dema ku rêjeya erênî ya derewîn ji hejmara dubareyan serbixwe ye (xeta kesk). Danîna bêtir hêmanên CD-yê di paralel de ji vedîtina derewîn a hevberên modula CD-yê dûr dikeve.
Em naha performans û xerckirina hêzê ya pergala herêmîkirina tişta yekbûyî ya dawî-bi-dawî ya ku di Figure 2 de tê xuyang kirin bi karanîna pîvandinên taybetmendiyên acoustîk ên senzorê pMUT, CD, û xetên derengmayînê yên ku grafika hesabkirina neuromorfîk pêk tînin dinirxînin. Modela Jeffress (Hêjîrê. 1a). Wekî ku ji bo grafiya hesabkirina neuromorfîk, hejmara modulên CD-ê pirtir be, çareseriya goşeyê çêtir e, lê di heman demê de enerjiya pergalê jî ew qas bilindtir dibe (Hêjîrê. 7a). Lihevhatinek dikare bi berhevkirina rastbûna hêmanên kesane (sensorên pMUT, neuron û çerxên sinaptîk) bi rastbûna tevahiya pergalê re were bidestxistin. Çareserkirina xeta derengmayînê ji hêla domdarên demê yên synapses û neuronên simulasyonan ve, ku di nexşeya me de ji 10 μs derbas dibe, ku bi çarçoveyek goşeyî ya 4 ° re têkildar e (binihêre Rêbaz). Girêdanên pêşkeftî yên bi teknolojiya CMOS-ê dê destûrê bidin sêwirana çerxên neuralî û synaptîk ên bi domdarên demê kêmtir, ku di encamê de rastbûna hêmanên xeta derengiyê bilindtir dibe. Lêbelê, di pergala me de, rastbûn ji hêla xeletiya pMUT ve di texmînkirina pozîsyona goşeyê de, ango 10° (li Fig. 7a xêza şîn a horizontî) bi sînor e. Me hejmara modulên CD-yê di 40-an de rast kir, ku bi çarçoveyek goşeyî ya bi qasî 4° re têkildar e, ango rastbûna goşeyî ya grafika hesabkirinê (xeta şîn a ronahiya horizontî ya 7a). Di asta pergalê de, ev ji bo tiştên ku 50 cm li ber pergala senzorê ne, çareseriyek 4 ° û rastiyek 10 ° dide. Ev nirx bi pergalên herêmîkirina dengê neuromorfîk re ku di ref. 67. Berawirdkirina pergala pêşniyarkirî bi rewşa hunerî re dikare di Tabloya Pêvek 1 de were dîtin. Zêdekirina pMUT-ên din, zêdekirina asta sînyala dengbêjî, û kêmkirina dengê elektronîk rêyên mimkun in ku bêtir rastbûna herêmîbûnê baştir bikin. ) bi 9,7 tê texmîn kirin. nz. 55. Li ser grafika hesabkerî 40 yekîneyên CD hatine dayîn, simulasyona SPICE enerjiya her operasyonê (ango, enerjiya cihêkirina tiştan) 21,6 nJ texmîn kir. Pergala neuromorfîk tenê dema ku bûyerek têketinê tê çalak dibe, ango dema pêlek dengî digihîje her wergirê pMUT û ji sînorê tespîtê derbas dibe, wekî din ew neçalak dimîne. Dema ku sînyala têketinê tune be ev ji xerckirina hêza nepêwist dûr dixe. Li gorî frekansa operasyonên herêmîbûnê 100 Hz û serdemek aktîvkirinê ya 300 μs di her operasyonê de (herî zêde ITD-ya gengaz), xerckirina hêzê ya grafika hesabkirina neuromorfîk 61,7 nW e. Bi pêş-pêvajoya neuromorfîkî ya ku li ser her wergirê pMUT tê sepandin, xerckirina hêzê ya tevahiya pergalê digihîje 81,6 nW. Ji bo têgihîştina karbidestiya enerjiyê ya nêzîkatiya neuromorfîkî ya pêşniyarkirî li gorî hardwareya konvansiyonel, me vê hejmarê bi enerjiya ku ji bo pêkanîna heman peywirê li ser mîkrokontrolkerek nizm a nûjen bi karanîna tîrêjên neuromorfîk an adetî68 Skill hewce dike berhev kir. Nêzîkatiya neuromorfîk qonaxek veguherînerek analog-bo-dîjîtal (ADC) dihesibîne, li dûv fîlterek band-pass û qonaxek derxistina zerfê (rêbaza Teeger-Kaiser). Di dawiyê de, ji bo derxistina ToF operasyonek sînor tê kirin. Me hesabkirina ITD-ê ya li ser bingeha ToF û veguheztina pozîsyona goşeyî ya texmînkirî ji holê rakiriye ji ber ku ev yek ji bo her pîvandinê carekê çêdibe (Li Rêbazan binêre). Bi texmîna rêjeyek nimûneyê 250 kHz li ser her du kanalan (wergirên pMUT), 18 operasyonên parzûna derbasbûna bandê, 3 operasyonên derxistina zerfê, û 1 karûbarê behrê ji her nimûneyê re, xerckirina hêzê ya giştî bi 245 mîkrowatt tê texmîn kirin. Ev moda kêm-hêza mîkrokontrollerê69 bikar tîne, ku dema ku algorîtma neyên xebitandin vedibe, ku xerckirina hêzê dadixe 10,8 µW. Vexwarina hêzê ya çareseriya pêvajoyek nîşana tîrêjê ku di referansê de hatî pêşniyar kirin. 31, bi 5 wergirên pMUT û 11 tîrêjên ku bi yekrengî di balafira asîmutê [-50°, +50°] de hatine belavkirin, 11,71 mW ye (ji bo hûragahiyan li beşa Rêbaz binêre). Digel vê yekê, em xerckirina hêzê ya FPGA47-based Encoder Cûdahiya Demê (TDE) ku bi 1.5 mW tê texmîn kirin wekî şûna modela Jeffress ji bo cîhkirina tiştan radigihînin. Li ser bingeha van texmînan, nêzîkatiya neuromorfîkî ya pêşniyarkirî mezaxtina hêzê bi pênc rêzikên mezinahiyê li gorî mîkrokontrolkerek ku bi karanîna teknîkên tîrêjê yên klasîk ji bo karûbarên herêmîkirina tiştan bikar tîne kêm dike. Pejirandina nêzîkatiyek neuromorfîkî ji bo pêvajoyek nîşanê li ser mîkrokontrolkerek klasîk bi qasî du rêzikên mezinahiyê xerckirina hêzê kêm dike. Bandoriya pergala pêşniyarkirî dikare bi tevhevkirina pêvekek analog-bîra berxwedanê ya asynchronous ku dikare hesabên di-bîrê de pêk bîne û nebûna veguheztina analog-bo-dîjîtal a ku ji bo têgihîştina nîşanan hewce dike were ravekirin.
çareseriya Angular (şîn) û xerckirina hêzê (kesk) ya operasyona herêmîkirinê li gorî hejmara modulên CD-yê ve girêdayî ye. Bara horizontal ya şîn a tarî rastbûna goşeyî ya PMUT-ê û barika şîn a ronahiyê rastbûna goşeya grafiya hesabkerî ya neuromorfîk temsîl dike. b Xerca hêzê ya pergala pêşniyarkirî û danberheva bi du pêkanînên mîkrokontrolerê yên nîqaşkirî û pêkanîna dîjîtal a Encoder Cûdahiya Demê (TDE)47 FPGA.
Ji bo kêmkirina xerckirina hêzê ya pergala herêmîkirina armancê, me çerxek neuromorfîk-based RRAM-ya bikêrhatî, bikêrhatî, sêwirandî û bicîh kir ku agahdariya sînyala ku ji hêla senzorên hundurîn ve hatî hilberandin pêvajoyê dike da ku pozîsyona armancê bi rastî hesab bike. dem. . Dema ku rêbazên pêvajoyek kevneşopî bi domdarî îşaretên tespîtkirî nimûne dikin û hesaban dikin da ku agahdariya bikêr derxin, çareseriya neuromorfîkî ya pêşniyarkirî gava ku agahdariya kêrhatî digihîje hesabên asynkronî pêk tîne, ku karbidestiya hêza pergalê bi pênc rêzikên mezinahiyê zêde dike. Wekî din, em nermbûna çerxên neuromorfîkî yên RRAM-ê ronî dikin. Qabiliyeta RRAM-ê ya guheztina guheztinê bi rengek nehêle (plastîbûn) guhezbariya xwerû ya dorhêlên sinaptîk û neuralî yên analog DPI-ya ultra-kêm telafî dike. Ev yek vê çerxa bingehîn a RRAM-ê pirreng û hêzdar dike. Armanca me ne derxistina fonksiyon an qalibên tevlihev ji sînyalan e, lê ew e ku meriv tiştan di wextê rast de bi cih bike. Pergala me di heman demê de dikare bi bandor îşaretê bişkîne û di dawiyê de wê bişîne gavên pêvajoyek din da ku gava hewce bike biryarên tevlihevtir bide. Di çarçoveya serîlêdanên herêmîbûnê de, gava meya pêşdibistanê ya neuromorfîk dikare di derheqê cîhê tiştan de agahdarî peyda bike. Ev agahdarî dikare were bikar anîn, ji bo nimûne, ji bo vedîtina tevgerê an naskirina tevgerê. Em balê dikişînin ser girîngiya tevhevkirina senzorên hêza ultra nizm ên wekî pMUT bi elektronîkên hêza ultra kêm. Ji bo vê, nêzîkatiyên neuromorfîk girîng bûne ji ber ku wan rê li me daye ku em pêkanînên çerxa nû yên rêbazên hesabker ên biyolojîkî yên wekî modela Jeffress pêşve bibin. Di çarçoweya serîlêdanên hevrêziya senzorê de, pergala me dikare bi çend senzorên cihêreng ên bûyer-based re were hev kirin da ku agahdariya rasttir bistînin. Her çend kew di dîtina nêçîrê de di tariyê de jêhatî bin jî, çavên wan ên hêja hene û berî ku nêçîrê bigirin lêgerînek bihîstî û dîtbarî pêk tînin70. Dema ku noyronek taybetî ya bihîstinê dişewite, kew agahdariya ku jê re lazim e distîne da ku diyar bike ku li kîjan alî dest bi lêgerîna dîtbarî bike, bi vî rengî bala xwe dide ser beşek piçûk a dîmenê dîtbar. Pêdivî ye ku ji bo pêşkeftina ajanên xweser ên pêşerojê tevliheviyek senzorên dîtbar (kamera DVS) û senzorek guhdarî ya pêşniyarkirî (li ser bingeha pMUT) were lêkolîn kirin.
Sensor pMUT li ser PCB-ya ku du wergirên wan bi qasî 10 cm ji hev dûr in, û veguhezkar di navbera wergiran de ye. Di vê xebatê de, her membran avahiyek bimorf a rawestandî ye ku ji du qatên nîtrîda aluminiumê ya piezoelektrîk (AlN) 800 nm stûr e ku di navbera sê tebeqeyên molîbdenumê (Mo) 200 nm stûr de ye û bi qatek bi qalindiya 200 nm ve hatî pêçandin. tebeqeya SiN-a pasîvkirina jorîn wekî ku di referansê de hatî destnîşan kirin. 71. Elektrodên hundir û derve li ser qatên binî û jor ên molîbdenê têne sepandin, lê elektroda molîbdenê ya navîn bê qalib e û wekî zemîn tê bikar anîn, di encamê de membranek bi çar cot elektrod derdikeve.
Ev mîmarî destûrê dide karanîna deformasyonek membranek hevpar, ku di encamê de hesasiya veguhestin û wergirtinê çêtir dibe. PMUT-a wusa bi gelemperî hestiyariyek heyecanek 700 nm / V wekî emitter nîşan dide, ku zextek rûvî ya 270 Pa / V peyda dike. Wekî wergirek, yek fîlimek pMUT hestiyariyek kurt a 15 nA / Pa nîşan dide, ku rasterast bi rêjeya piezoelektrîkî ya AlN ve girêdayî ye. Guherbariya teknîkî ya voltaja di qata AlN de dibe sedema guherînek di frekansa resonantê de, ku dikare bi sepandina biasek DC li pMUT-ê were telafî kirin. Hesasiya DC li 0.5 kHz / V hate pîvandin. Ji bo taybetmendiya akustîk, mîkrofonek li ber pMUT tê bikar anîn.
Ji bo pîvandina nebza echoyê, me lewheyek çargoşe ya bi qadeke bi qasî 50 cm2 li ber pMUT danî da ku pêlên deng ên belavbûyî nîşan bide. Hem dûrahiya di navbera lewheyan û hem jî goşeya li gorî balafira pMUT bi karanîna xwedan taybet têne kontrol kirin. Çavkaniyek voltaja Tectronix CPX400DP sê parzûnên pMUT-ê biaqil dike, frekansa resonantê bi 111,9 kHz31 ve girêdide, dema ku veguhezker ji hêla jeneratorek pêlêdana Tectronix AFG 3102 ve ku bi frekansa resonant (111,9 kHz .0 cycle) û duty cycle ve hatî rêve kirin. Herikînên ku ji çar lîmanên derketinê yên her wergirê pMUT têne xwendin bi karanîna mîmariya tîrêj û voltajê ya cihêreng vediguhezin voltajan, û nîşanên encam ji hêla pergala wergirtina daneya Spektrum ve têne dîjîtal kirin. Sînorê vedîtinê bi wergirtina sînyala pMUT di bin şert û mercên cûda de hate destnîşan kirin: me refleksor berbi dûrên cihêreng [30, 40, 50, 60, 80, 100] cm bar kir û goşeya piştgirîya pMUT guhert ([0, 20, 40] o ) Xiflteya 2b li gorî pozîsyona goşeyê ya têkildar di dereceyan de çareseriya vedîtina ITD-a demkî nîşan dide.
Ev gotar du dorhêlên RRAM-ê yên cihêreng bikar tîne. Ya yekem komek ji 16,384 (16,000) cîhazan (128 × 128 cîhaz) di veavakirinek 1T1R de bi yek transîstor û yek berxwedanê ye. Çîpa duyemîn platforma neuromorfîk e ku di jimar 4a de tê nîşandan. Hucreya RRAM ji fîlimek HfO2 ya 5 nm stûr pêk tê ku di stûnek TiN/HfO2/Ti/TiN de ye. Pîvaza RRAM-ê di paş-xetê (BEOL) ya pêvajoya standard 130nm CMOS de yekgirtî ye. Derhênerên neuromorfîk ên RRAM-ê ji bo pergalên elektronîkî yên hemî analog ku tê de amûrên RRAM-ê bi teknolojiya kevneşopî ya CMOS-ê re hevaheng in, dijwariyek sêwiranê pêşkêş dikin. Bi taybetî, divê rewşa guheztinê ya cîhaza RRAM were xwendin û wekî guhêrbarek fonksiyonê ji bo pergalê were bikar anîn. Ji bo vê armancê, qonaxek hate sêwirandin, çêkirin û ceribandin ku dema ku pêldanek têketinê tê wergirtin dema niha ji cîhazê dixwîne û vê astê bikar tîne da ku bersivê entegratorek cotek cihêreng (DPI) synapse giran bike. Ev çember di jimar 3a de, ku blokên avahîsaziya bingehîn a platforma neuromorfîk di Figure 4a de destnîşan dike, tê xuyang kirin. Pêlekek têketinê dergehê cîhaza 1T1R çalak dike, bi riya RRAM-ê re bi rêkûpêkiya G-ya cîhazê re herikek çêdike (Iweight = G (Vtop - Vx)). Ketina berevajîkirî ya çerxa amplifikatora xebitandinê (op-amp) xwedan voltaja bias a DC ya domdar Vtop e. Bersiva neyînî ya op-amp dê Vx = Vtop peyda bike bi peydakirina herikîna wekhev ji M1. Iweighta heyî ya ku ji cîhazê hatî standin di synapse DPI de tê derzî kirin. Herikînek bihêztir dê bibe sedema depolarîzasyonê bêtir, ji ber vê yekê rêveçûna RRAM bi bandor giraniyên synaptîk pêk tîne. Ev herikîna synaptîk a berbiçav bi navgîniya kondensatorê membranê ya neronên Leaky Integration and Excitation (LIF) ve tê derzî kirin, ku li wir wekî voltajê tête yek kirin. Ger voltaja bendavê ya membranê (voltaja veguheztina înverterê) bi ser bikeve, beşa derketinê ya neuronê tê aktîfkirin, û pêvekek derketinê çêdike. Ev pêl vedigere û kondensatorê parzûna noyronê li erdê vedigerîne, û dibe sedem ku ew dakêşe. Dûv re ev şebek bi berfirehkerek nebzê (di Fig. 3a de nayê xuyang kirin) tê tije kirin, ku nebza derketinê ya neurona LIF li ber firehiya nebza mebestê çêdike. Di her xetê de multiplekser jî têne çêkirin, ku dihêle voltaj li ser elektrodên jorîn û jêrîn ên cîhaza RRAM were sepandin.
Testkirina elektrîkê analîzkirin û tomarkirina tevgera dînamîkî ya çerxên analogê, û her weha bernamekirin û xwendina amûrên RRAM-ê vedihewîne. Her du gav hewceyê amûrên taybetî ne, ku hemî di heman demê de bi panelê sensor ve girêdayî ne. Gihîştina cîhazên RRAM-ê yên di çerxên neuromorfîk de ji amûrên derveyî bi navgîniya multiplexer (MUX) ve tête kirin. MUX hucreya 1T1R ji dorhêla mayî ya ku ew tê de vediqetîne, dihêle ku amûr were xwendin û / an bernamekirin. Ji bo bernamekirin û xwendina cîhazên RRAM, makîneyek Keithley 4200 SCS bi mîkrokontrolkerek Arduino re tê bikar anîn: ya yekem ji bo hilberîna pêlêdana rast û xwendina heyî, û ya duyemîn jî ji bo gihîştina bilez a hêmanên 1T1R yên kesane di rêzika bîranînê de. Operasyona yekem avakirina amûra RRAM e. Şane yek bi yek têne hilbijartin û di navbera elektrodên jor û jêr de voltaja erênî tê sepandin. Di vê rewşê de, ji ber peydakirina voltaja dergehê ya têkildar ji transîstora hilbijêr re, niha bi rêza bi dehan mîkroamperan ve sînorkirî ye. Dûv re hucreya RRAM dikare di navbera rewşek guhezbar a kêm (LCS) û rewşek guhezbar a bilind (HCS) de, bi rêzdarî, bi karanîna karûbarên RESET û SET-ê bigere. Operasyona SET bi sepandina pêleka voltaja çargoşe ya bi dirêjahiya 1 μs û voltaja lûtkeyê 2,0-2,5 V li elektroda jorîn, û pêleka hevdemkirinê ya bi rengekî heman rengî bi voltaja lûtkeya 0,9-1,3 V ve tête kirin. deriyê transîstora hilbijêr. Van nirxan dihêle ku di navberên 20-150 μs de rêwerziya RRAM modul bikin. Ji bo RESET, dema ku voltaja dergehê di navbera 2,5-3,0 V de ye, pêleka lûtkeya 1 μs fireh, 3 V li ser elektroda jêrîn (xêza bit) ya şaneyê tê sepandin. Ketin û derketinên çerxên analog sînyalên dînamîk in. . Ji bo têketinê, me du jeneratorên pêlêdana HP 8110 bi jeneratorên sînyala Tektronix AFG3011 ve girêda. Nebza têketinê xwedan firehiya 1 μs ye û keviya bilindbûn/ketina 50 ns heye. Ev celeb pulse di çerxên bingehîn ên glitchê yên analog de wekî xeletiyek tîpîk tê hesibandin. Wekî ku ji bo nîşana derketinê, sînyala derketinê bi karanîna oscilloskopek Teledyne LeCroy 1 GHz hate tomar kirin. Leza bidestxistina oscilloskopê hate îsbat kirin ku di analîzkirin û bidestxistina daneyên çerxê de ne faktorek sînordar e.
Bikaranîna dînamîkên elektronîkên analog ji bo simulkirina tevgera neuron û synapses çareseriyek xweş û bikêr e ku ji bo baştirkirina kargêriya hesabkirinê ye. Kêmasiya vê binavê hesabkerî ev e ku ew ê ji pileyek ji pileyê cûda bibe. Me guhêrbariya noyron û çerxên sinaptîk jimartin (Hêjmara Pêvek. 2a,b). Ji hemî diyardeyên guhêrbariyê, yên ku bi domdariya demê û qezenca têketinê re têkildar in di asta pergalê de xwedî bandorek herî mezin in. Demjimêra dema nerona LIF û synapse DPI ji hêla çerxek RC ve tê destnîşankirin, ku nirxa R bi voltaja biasê ya ku li deriyê transîstorê ve tê kontrol kirin (Vlk ji bo neuron û Vtau ji bo synapse), diyar dike. rêjeya leakage. Qezenckirina ketinê wekî voltaja lûtkeyê ya ku ji hêla kapasîteyên membrana synaptîk û neuronal ve tê ku ji hêla pêleka têketinê ve têne teşwîq kirin tê destnîşan kirin. Qezenckirina têketinê ji hêla tranzîstorek din a bias ve tê kontrol kirin ku herika têketinê modul dike. Simulasyonek Monte Carlo ya ku li ser pêvajoya 130nm ya ST Microelectronics hatî kalibrkirin hate kirin da ku hin statîstîkên destkeftî û demê domdar berhev bike. Encam di jimareya pêvek 2 de têne pêşkêş kirin, ku tê de qezenca têketinê û domdariya demê wekî fonksiyonek voltaja biasê ya ku rêjeya lehiyê kontrol dike têne hejmartin. Nîşankerên kesk veqetîna standard a domdariya demê ji navgîniyê hejmartin. Hem noyron û hem jî çerxên sinaptîk karîbûn di navbeyna 10-5-10-2 seqeyan de, wekî ku di xêza Pêvekê de tê xuyang kirin, pirfireh domdarên demê diyar bikin. Zêdekirina têketinê (Wêjeya pêvek. 2e,d) ya guhêrbariya neuronal û synapse bi rêzê ve bi qasî %8 û 3% bû. Kêmasiyek wusa di wêjeyê de baş tête belge kirin: Pîvandinên cihêreng li ser rêza çîpên DYNAP hatin kirin da ku nehevsengiya di navbera nifûsa neuronên LIF63 de binirxînin. Synapsên di çîpa nîşana tevlihev a BrainScale de hatin pîvandin û nerazîbûnên wan hatin analîz kirin, û pêvajoyek kalibrasyonê hate pêşniyar kirin ku bandora guhezbariya asta pergalê64 kêm bike.
Fonksiyona RRAM-ê di çerxên neuromorfîk de du alî ye: pênasekirina mîmarî (rêxistina têketinên berbi derketinê) û pêkanîna giraniyên synaptîk. Taybetmendiya paşîn dikare were bikar anîn da ku pirsgirêka guhezbariya çerxên neuromorfîkî yên modelkirî çareser bike. Me pêvajoyek kalibrasyonê ya hêsan pêşxistiye ku tê de ji nû ve bernamekirina cîhaza RRAM-ê vedihewîne heya ku çerxa ku tê analîz kirin hin hewcedariyên xwe bicîh bîne. Ji bo têketinek diyar, encam tê şopandin û RRAM ji nû ve tê bernamekirin heya ku tevgera armanc were bidestxistin. Di navbera operasyonên bernamekirinê de demek li bendê 5 seqeyan hate destnîşan kirin da ku pirsgirêka rihetbûna RRAM çareser bike ku di encamê de guheztinên guheztina demkî (Agahdariya Pêvek). Giraniyên synaptîk li gorî hewcedariyên çerxa neuromorfîkî ya ku tê model kirin têne rêve kirin an pîvandin. Pêvajoya kalibrasyonê di algorîtmayên zêde [1, 2] de ku balê dikişîne ser du taybetmendiyên bingehîn ên platformên neuromorfîk, xêzên derengmayînê û CD-ya nehesas a rêwerzê de tête kurt kirin. Ji bo dorhêlek bi xêzek dereng, tevgera armanc ev e ku pêlekek derketinê bi dereng Δt peyda bike. Ger derengiya dorpêçê ya rastîn ji nirxa armancê kêmtir be, divê giraniya synaptîk a G3 were kêm kirin (G3 divê ji nû ve were vegerandin û dûv re li Icc-a niha ya lihevhatî ya kêmtir were danîn). Berevajî vê, heke derengiya rastîn ji nirxa armancê mezintir be, pêdivî ye ku guheztina G3 were zêdekirin (G3 divê pêşî were vesaz kirin û dûv re li nirxek Icc-ya bilindtir were danîn). Ev pêvajo tê dubare kirin heya ku derengiya ku ji hêla dorpêçê ve hatî çêkirin bi nirxa mebestê re têkildar be û toleransek were danîn da ku pêvajoya kalibrasyonê rawestîne. Ji bo CD-yên nehesas ên rêgez, du cîhazên RRAM, G1 û G3, beşdarî pêvajoya kalibrasyonê dibin. Vê dorpêçê du têketin hene, Vin0 û Vin1, ku ji hêla dt ve hatî dereng kirin. Pêdivî ye ku dor tenê bersivê bide derengiyên li jêr rêza hevberdanê [0, dtCD]. Ger lûtkeya derketinê tune be, lê lûtkeya têketinê nêzîk e, divê her du cîhazên RRAM werin zêdekirin da ku ji neuron re bibe alîkar ku bigihîje bendê. Berevajî vê, heke çerxeyek bersivê bide derengiya ku ji rêza mebesta dtCD-ê derbas dibe, pêdivî ye ku rêwerz were kêm kirin. Pêvajoyê dubare bikin heya ku tevgera rast were bidestxistin. Hêza lihevhatinê dikare ji hêla çerxa analogê ya çêkirî ya di ref de were modul kirin. 72,73. Bi vê çerxa çêkirî, prosedurên weha dikarin bi periyodîk bêne kirin da ku pergalê kalibr bikin an wê ji bo serîlêdana din ji nû ve bikar bînin.
Em xerckirina hêzê ya nêzîkatiya xweya pêvajoya nîşana neuromorfîkî li ser mîkrokontrolerek standard 32-bit68 dinirxînin. Di vê nirxandinê de, em operasyonê bi heman sazûmanê wekî di vê kaxezê de, bi yek veguhêzek pMUT û du wergirên pMUT-ê dihesibînin. Vê rêbazê parzûnek bandpassê bikar tîne, li dûv wê gavek derxistina zerfê (Teeger-Kaiser), û di dawiyê de operasyonek sînordarkirinê li ser sînyalê tê sepandin da ku dema firînê derxîne. Hesabkirina ITD-ê û veguheztina wê ji bo goşeyên tespîtkirinê di nirxandinê de dernakeve. Em pêkanînek parzûna bandê bi karanîna parzûnek bersiva impulse ya bêdawî ya rêza 4-an bikar tîne ku 18 operasyonên xala herikandinê hewce dike. Derxistina zerfê sê operasyonên din ên xala herikandinê bikar tîne, û operasyona paşîn ji bo danîna berxê tê bikar anîn. Bi tevahî 22 operasyonên xala hêlînê hewce ne ku ji pêşdibistana sînyalê. Nîşana ku hatî veguheztin teqînek kurt a 111,9 kHz forma pêlê sine ye ku her 10 ms tê hilberandin û di encamê de frekansa xebitandinê ya pozîsyona 100 Hz pêk tê. Me rêjeya nimûneyê ya 250 kHz bikar anî da ku bi Nyquist re tevbigerin û ji bo her pîvandinê pencereyek 6 ms bikar anîn da ku rêzek 1 metre bigire. Bala xwe bidinê ku 6 milî çirkeyan dema firîna heybereke ku 1 metre dûr e ye. Ev ji bo veguheztina A/D di 0,5 MSPS de xerckirina hêzê ya 180 µW peyda dike. Pêş-processing sînyala 6,60 MIPS e (talîmatên per second), hilberîna 0,75 mW. Lêbelê, dema ku algorîtma nexebite, dibe ku mîkrokontroler veguherîne moda hêza kêm 69. Vê modê xerckirina hêza statîk 10,8 μW û dema hişyarbûnê 113 μs peyda dike. Ji ber frekansa demjimêrê ya 84 MHz tê dayîn, mîkrokontrolker hemî operasyonên algorîtmaya neuromorfîk di nav 10 ms de temam dike, û algorîtma çerxa karekî 6,3% hesab dike, bi vî rengî moda hêza kêm bikar tîne. Di encamê de hilweşîna hêza 244,7 μW e. Bala xwe bidinê ku em derketina ITD ji ToF û veguheztina goşeya tespîtê derdixin, bi vî rengî xerckirina hêzê ya mîkrokontroller kêm dinirxînin. Ev ji bo karbidestiya enerjiyê ya pergala pêşniyarkirî nirxek din peyda dike. Wekî şertek berhevokê ya zêde, em xerckirina hêzê ya rêbazên tîrêjê yên klasîk ên ku di referansê de têne pêşniyar kirin dinirxînin. 31.54 dema ku di heman mîkrokontroller68 de di voltaja dabînkirina 1.8V de tête bicîh kirin. Pênc membranên pMUT yên ku bi hev veqetandî ne ji bo bidestxistina daneyan ji bo tîrêjê têne bikar anîn. Di derbarê pêvajoyê de bixwe, rêbaza tîrêjê ku tê bikar anîn berhevkirina dereng e. Ew bi tenê ji sepandina derengiyek li ser rêçikan pêk tê ku bi cûdahiya çaverêkirî ya di demên gihîştinê de di navbera yek rê û rêça referansê de têkildar e. Ger sînyalan di qonaxê de bin, dê berhevoka van sînyalan piştî veguheztina demê bibe xwedî enerjiyek bilind. Ger ew ji qonaxê ne, destwerdana wêranker dê enerjiya berhevoka wan sînordar bike. di têkiliyeke. Li ser hêjîrê. 31, rêjeyek nimûneyê ya 2 MHz tê hilbijartin da ku dem bi hejmarek nimûneyan veguhezîne daneyê. Nêzîkbûnek nermtir ev e ku meriv rêjeya nimûneya 250 kHz-a ziravtir biparêze û parzûnek Bersiva Impulse ya Finite (FIR) bikar bîne da ku derengiyên fraksîyonî berhev bike. Em ê texmîn bikin ku tevliheviya algorîtmaya çêkirina tîrêjê bi giranî ji hêla guheztina demê ve tê destnîşankirin, ji ber ku her kanal bi parzûnek FIR-ê bi 16 tap di her alî de ve girêdayî ye. Ji bo hesabkirina hejmara MIPS-a ku ji bo vê operasyonê hewce dike, em pencereyek 6 ms ji bo pîvandinê dihesibînin da ku rêzek 1 metre, 5 kanal, 11 rêwerzên çêkirina tîrêjê bikişîne (rêjeya +/- 50 ° di gavên 10 ° de). 75 pîvandin di saniyeyê de mîkrokontroller berbi herî zêde 100 MIPS vekir. Girêk. 68, di encamê de 11,26 mW qutbûna hêzê ji bo belavbûna hêzek giştî ya 11,71 mW piştî ku tevkariya ADC-ya serhêl zêde kir.
Daneyên ku encamên vê lêkolînê piştgirî dikin ji nivîskarê têkildar, FM, li ser daxwazek maqûl peyda dibin.
Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y. Girîngiya cîh û wextê ji bo hilberandina nîşanê di ajanên neuromorfîk de: Pirsgirêka pêşxistina ajanên kêm-hêza, xweser ên ku bi hawîrdorê re têkildar in. Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y. Girîngiya cîh û wextê ji bo hilberandina nîşanê di ajanên neuromorfîk de: Pirsgirêka pêşxistina ajanên kêm-hêza, xweser ên ku bi hawîrdorê re têkildar in.Indiveri G. û Sandamirskaya Y. Girîngiya cîh û demê ji bo hilberandina nîşanê di ajanên neuromorfîk de: Pirsgirêka pêşvebirina ajanên xweser ên kêm-hêza ku bi hawîrdorê re têkildar in. Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y.自主代理的挑战. Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y.Indiveri G. û Sandamirskaya Y. Girîngiya cîh û demê ji bo hilberandina nîşanê di ajanên neuromorfîk de: Pirsgirêka pêşvebirina ajanên xweser ên kêm-hêza ku bi hawîrdorê re têkildar in.IEEE Signal Processing. Rojname 36, 16–28 (2019).
Thorpe, Wextê gihîştina Peak SJ: Bernameyek Kodkirina Tora Neuralî ya Karker. li Eckmiller, R., Hartmann, G. & Hauske, G. (weşan). li Eckmiller, R., Hartmann, G. & Hauske, G. (weşan).di Eckmiller, R., Hartmann, G. and Hauske, G. (bers.).Di Eckmiller, R., Hartmann, G., and Hauske, G. (wers.). Pêvajoya paralel di pergalên neuralî û komputeran de 91-94 (North-Holland Elsevier, 1990).
Levy, WB & Calvert, VG Communication 35 qat zêdetir enerjiyê ji hesabkirinê di kortika mirovan de vedixwe, lê her du lêçûn hewce ne ku jimara synapse pêşbîn bikin. Levy, WB & Calvert, VG Communication 35 qat zêdetir enerjiyê ji hesabkirinê di kortika mirovan de vedixwe, lê her du lêçûn hewce ne ku jimara synapse pêşbîn bikin.Levy, WB û Calvert, WG Communication 35 qat zêdetir enerjiyê ji hesabkirinê di kortika mirovî de dixwe, lê her du lêçûn hewce ne ku hejmara synapses pêşbîn bikin. Levy, WB & Calvert, VG Communication 消耗的能量是人类皮层计算的35 倍，但这两种成本都需要预 Levy, WB & Calvert, Têkiliya VGLevy, WB û Calvert, WG Communication 35 qat zêdetir enerjiyê ji hesabkirinê di korteksa mirovî de dixwe, lê her du lêçûn hewce dike ku hejmara sinapsan pêşbîn bike.doz. Akademiya Neteweyî ya Zanistê. zanist. US 118, https://doi.org/10.1073/pnas.2008173118 (2021).
Dalgaty, T., Vianello, E., De Salvo, B. & Casas, J. Hesabkirina neuromorfîkî ya ku ji kêzikan hatî îlhama kirin. Dalgaty, T., Vianello, E., De Salvo, B. & Casas, J. Hesabkirina neuromorfîkî ya ku ji kêzikan hatî îlhama kirin.Dalgati, T., Vianello, E., DeSalvo, B. and Casas, J. Hesabkirina neuromorfîkî ya ku ji kêzikan hatî îlhama kirin.Dalgati T., Vianello E., DeSalvo B. û Casas J. Hesabkirina neuromorfîkî ya ku ji kêzikan hatî îlhama kirin. Vêga. Rayi. Zanistiya kêzikan. 30, 59–66 (2018).
Roy, K., Jaiswal, A. & Panda, P. Ber bi îstîxbarata makîneyê-based spike bi hesabkirina neuromorfîk. Roy, K., Jaiswal, A. & Panda, P. Ber bi îstîxbarata makîneyê-based spike bi hesabkirina neuromorfîk. Roy, K., Jaiswal, A. & Panda, P. Ber bi Aqilmendiya Makîneya Bingehîn a Spike bi Hesabkirina Neuromorfîk ve.Roy K, Jaiswal A, û Panda P. îstîxbarata sûnî ya bingeh-Pulse bi karanîna hesabkirina neuromorfîk. Xweza 575, 607–617 (2019).
Indiveri, G. & Liu, S.-C. Indiveri, G. & Liu, S.-C.Indiveri, G. û Liu, S.-K. Indiveri, G. & Liu, S.-C. Indiveri, G. & Liu, S.-C.Indiveri, G. û Liu, S.-K.Pêvajoya bîranîn û agahdariyê di pergalên neuromorphîk de. doz. IEEE 103, 1379–1397 (2015).
Akopyan F. et al. Truenorth: Sêwirandin û amûrek ji bo çîpek synaptîk a bernamekirî ya 65 mW 1 mîlyon neuron. danûstandinên IEEE. Sêwirana kompîturê ya pergalên hevgirtî. 34, 1537–1557 (2015).
Schemmel, J. et al. Demoya zindî: guhertoya kêmkirî ya pergala neuromorfîkî ya BrainScaleS di pîvana plakaya de. 2012 Sempozyûma Navneteweyî ya IEEE li ser Circuits and Systems (ISCAS), (IEEE ed.) 702–702 (2012).
Moradi, S., Qiao, N., Stefanini, F. & Indiveri, G. Mîmarek piralî ya berbelav bi strukturên bîranîna heterojen ji bo pêvajoyên asînkron ên neuromorfîk ên dînamîkî (DYNAP). Moradi, S., Qiao, N., Stefanini, F. & Indiveri, G. Mîmarek piralî ya berbelav bi strukturên bîranîna heterojen ji bo pêvajoyên asînkron ên neuromorfîk ên dînamîkî (DYNAP).Moradi S., Qiao N., Stefanini F. û Indiviri G. Mîmarek piralî ya berbelav bi strukturên bîranîna heterojen ji bo pêvajoyên asînkron ên neuromorfîkî yên dînamîkî (DYNAP). Moradi, S.、Qiao, N.、Stefanini, F. & Indiveri, G. 一种可扩展的多核架构，具有用于动态神经形动态神经形异构内存结构. Moradi, S.、Qiao, N.、Stefanini, F. & Indiveri, G. Cûreyek mîmariya pir-bingehîn a berbelavkirî, bi avahiyek bîranînê ya bêhempa ji bo pêvajoyek neuralî ya dînamîkî (DYNAP).Moradi S., Qiao N., Stefanini F. û Indiviri G. Mîmarek piralî ya berbelav bi strukturên bîranîna heterojen ji bo pêvajoyên asînkron ên neuromorfîkî yên dînamîkî (DYNAP).Danûstandinên IEEE li ser zanistiya Biyomedical. sîstema elektrîkê. 12, 106–122 (2018).
Davis, M. et al. Loihi: Pêvajoyek pir-bingehîn a neuromorfîkî ya bi fêrbûna pêvekirî. IEEE Micro 38, 82–99 (2018).
Furber, SB, Galluppi, F., Temple, S. & Plana, LA Projeya SpiNNaker. Furber, SB, Galluppi, F., Temple, S. & Plana, LA Projeya SpiNNaker.Ferber SB, Galluppi F., Perestgehê S. û projeya Plana LA SpiNNaker.Ferber SB, Galluppi F., Perestgehê S. û projeya Plana LA SpiNNaker. doz. IEEE 102, 652–665 (2014).
Liu, S.-K. & Delbruck, T. Pergalên hestiyar ên Neuromorphic. & Delbruck, T. Pergalên hestiyar ên Neuromorphic.û Delbrück T. Pergalên hestiyar ên Neuromorphic. & Delbruck, T. 神经形态感觉系统. & Delbruck, T.û Delbrück T. Pergala hestiyariya Neuromorphic.Current. Nerrîn. Neurobiology. 20, 288-295 (2010).
Chope, T. et al. Yekbûna hestyarî ya neuromorfîk ji bo herêmîkirina çavkaniya dengê hevgirtî û dûrketina ji pevçûnê. Di sala 2019-an de li Konferansa IEEE-ê li ser Circuits û Pergalên Biyobijîkkî (BioCAS), (IEEE Ed.) 1–4 (2019).
Risi, N., Aimar, A., Donati, E., Solinas, S. & Indiveri, G. Mîmariya neuromorfîk-based spike ya dîtina stereo. Risi, N., Aimar, A., Donati, E., Solinas, S. & Indiveri, G. Mîmariya neuromorfîk-based spike ya dîtina stereo.Risi N, Aymar A, Donati E, Solinas S, û Indiveri G. Mîmarek stereovîzyonê ya neuromorfîkî ya bingeh-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, û Indiveri G. Mîmariya neuromorfîk-based Spike ji bo dîtina stereo.pêşde. Neurorobotics 14, 93 (2020).
Osswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R. & Indiveri, G. Modelek tora neuralî ya spiking a 3Dperception ji bo pergalên dîtinê yên stereo yên neuromorfîk ên bingehîn ên bûyerê. Osswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R. & Indiveri, G. Modelek tora neuralî ya spiking a 3Dperception ji bo pergalên dîtinê yên stereo yên neuromorfîk ên bingehîn ên bûyerê.Oswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R., and Indiveri, G. Modelek Têgihîştina Tora Neuralî ya 3D-Pulsed ji bo Pergalên Dîtina Stereo-Bingeha Bûyerê. 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., û Indiveri, G. Modela Tora Neuralî ya 3Dperception Spiked ji bo Pergalek Dîtina Stereo ya Neuromorfîkî ya Bingeha Bûyerê.zanist. Rapor 7, 1–11 (2017).
Dalgaty, T. et al. Tespîtkirina tevgera bingehîn a ku ji kêzikan hatî îlhama kirin bîranîna berxwedêr û torên neuralî yên teqyayî vedihewîne. Pergala biohybrid Bionic. 10928, 115–128 (2018).
D'Angelo, G. et al. Vedîtina tevgera eccentrîk-based bûyer bi karanîna kodkirina cûdahiya demkî. pêşde. Neurology. 14, 451 (2020).
Dema şandinê: Nov-17-2022