NEWS

Ny fampiharana fanodinana angon-drakitra tena izy dia mitaky rafitra informatika mafonja, ambany-latency, ambany hery. Miaraka amin'ny fahaiza-manao informatika entin'ny hetsika, ny rafitra neuromorphic memristive meristive metal-oxide-semiconductor hybrid dia manome fototra hardware mety tsara ho an'ny asa toy izany. Mba hanehoana ny fahafaha-manao feno amin'ny rafitra toy izany, dia manolotra sy ampisehoanay andrana vahaolana fanodinana sensor feno ho an'ny fampiharana toerana misy ny zavatra tena izy. Namorona aingam-panahy avy amin'ny neuroanatomy vorondolo, dia namolavola rafitra fanamafisam-peo bioinspired izahay izay manambatra ny transducer transducer micromechanika piezoelectric miaraka amin'ny fahatsiarovana neuromorphic resistive mifototra amin'ny grafika. Asehoy ny fandrefesana rafitra noforonina izay ahitana mpitsikilo kisendrasendra miorina amin'ny fitadidiana, circuitry andalana fahatarana, ary transducer ultrasonic azo zahana tanteraka. Mampiasa ireo valim-panandramana ireo izahay mba hanamarinana ny simulations amin'ny haavon'ny rafitra. Ireo simulation ireo dia ampiasaina amin'ny fanombanana ny famahana angular sy ny fahombiazan'ny angovo amin'ny modelim-toerana. Ny valiny dia mampiseho fa ny fomba fiasantsika dia mety ho lamina maromaro kokoa amin'ny angovo mahomby noho ny microcontrollers manao asa mitovy.
Miditra amin'ny vanim-potoanan'ny informatika eny rehetra eny isika izay mitombo be ny isan'ny fitaovana sy rafitra apetraka mba hanampiana antsika amin'ny fiainantsika andavanandro. Ireo rafitra ireo dia antenaina fa handeha tsy an-kijanona, mandany hery kely araka izay azo atao rehefa mianatra mandika ny angon-drakitra angonin'izy ireo avy amin'ny sensor maro amin'ny fotoana tena izy ary mamokatra vokatra binary vokatry ny asa fanasokajiana na fanekena. Ny iray amin'ireo dingana manan-danja indrindra ilaina amin'ny fanatrarana io tanjona io dia ny fakana ireo fampahalalana mahasoa sy mirindra avy amin'ny angon-drakitra mitabataba sy matetika tsy feno. Ny fomba fiasa ara-teknika mahazatra dia mazàna maka santionany famantarana sensor amin'ny tahan'ny tsy tapaka sy avo lenta, miteraka angon-drakitra betsaka na dia tsy misy fampidirana ilaina aza. Fanampin'izany, ireo fomba ireo dia mampiasa teknika fanodinana famantarana nomerika saro-pady mba hanodinana mialoha ny angona fampidirana (matetika mitabataba). Fa kosa, ny biolojia dia manolotra vahaolana hafa amin'ny fanodinana angon-drakitra mitabataba amin'ny alàlan'ny fomba mahomby amin'ny angovo, asynchronous, hetsika (spikes)2,3. Ny informatika neuromorphic dia maka aingam-panahy avy amin'ny rafitra biolojika mba hampihenana ny vidin'ny kajy amin'ny resaka angovo sy fitadidiana raha oharina amin'ny fomba fanodinana famantarana mahazatra4,5,6. Vao haingana dia naseho ny rafitra mifototra amin'ny atidoha amin'ny tanjona ankapobeny amin'ny fampiharana tambajotra neural (TrueNorth7, BrainScaleS8, DYNAP-SE9, Loihi10, Spinnaker11). Ireo processeurs ireo dia manome hery ambany, vahaolana faran'izay kely ho an'ny fianarana milina ary modely amin'ny cortical circuit. Mba hanararaotra tanteraka ny fahombiazan'ny angovo, ireo processeur neuromorphic ireo dia tsy maintsy mifandray mivantana amin'ny sensors entin'ny hetsika12,13. Na izany aza, amin'izao fotoana izao dia tsy misy afa-tsy fitaovana fikasihana vitsivitsy izay manome mivantana angona entin'ny hetsika. Ny ohatra malaza dia ny dynamic visual sensors (DVS) ho an'ny fampiharana fahitana toy ny tracking and motion detection14,15,16,17 ny silisiôma cochlea18 sy neuromorphic auditory sensors (NAS)19 ho an'ny fanodinana mari-pandrenesana, sensor olfactory20 ary ohatra maro21,22 momba ny fikasihana. . texture sensor.
Ato amin'ity lahatsoratra ity, dia manolotra rafitra fanodinana fandrenesana vao novolavolaina ho an'ny zava-misy. Eto, sambany isika dia mamaritra ny rafitra faran'ny farany ho an'ny toerana misy ny zavatra azo avy amin'ny fampifandraisana ny piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (pMUT) manara-penitra miaraka amin'ny grafika computational mifototra amin'ny neuromorphic resistive memory (RRAM). Ny rafitra informatika ao anaty fahatsiarovana mampiasa RRAM dia vahaolana mampanantena hampihenana ny fanjifana herinaratra23,24,25,26,27,28,29. Ny tsy fahatomombanan'izy ireo - tsy mitaky fanjifana herinaratra mavitrika hitahiry na fanavaozana vaovao - dia mifanentana tsara amin'ny toetran'ny informatika neuromorphic asynchronous, entin'ny hetsika, ka miteraka tsy misy fanjifana herinaratra rehefa tsy miasa ny rafitra. Piezoelectric micromachined ultrasonic transducers (pMUTs) dia mora vidy, miniaturized silisiôma mifototra amin'ny ultrasonic transducers afaka miasa toy ny transmitter sy receivers30,31,32,33,34. Mba hikarakarana ireo famantarana voarain'ny sensor naorina, dia naka aingam-panahy avy amin'ny neuroanatomy35,36,37. Ny vorondolo barn Tyto alba dia fantatra amin'ny fahaizany mihaza amin'ny alina noho ny rafi-pandrefesana tena mahomby. Mba hanaovana kajy ny toerana misy ny remby, ny rafitry ny toerana misy ny vorondolo dia mamaritra ny fotoana iaingana (ToF) rehefa tonga any amin'ny sofin'ny vorondolo na ny mpandray feo ny onjam-peo avy amin'ny remby. Raha jerena ny elanelana misy eo amin'ny sofina, ny fahasamihafan'ny fandrefesana ToF roa (Interaural Time Difference, ITD) dia ahafahana manao kajy ny toerana azimuth amin'ny tanjona. Na dia tsy mety amin'ny famahana ny equations algebra aza ny rafitra biolojika, dia afaka mamaha ny olan'ny localization amin'ny fomba mahomby izy ireo. Ny rafi-pitatitra vorondolo barn dia mampiasa andian-tsarimihetsika kisendrasendra (CD) 35 neurons (izany hoe, neurônina afaka mamantatra ny fifandraisana ara-nofo eo amin'ny spikes izay miparitaka midina mankany amin'ny fiafaran'ny excitatory convergent) 38,39 nalamina ho grafika kajy mba hamahana ny olana momba ny toerana.
Ny fikarohana teo aloha dia naneho fa ny fitaovana famenon'ny metal-oxide-semiconductor (CMOS) sy ny hardware neuromorphic miorina amin'ny RRAM aingam-panahy avy amin'ny colliculus ambany ("cortex auditory") an'ny vorondolo barn dia fomba mahomby amin'ny kajy toerana amin'ny fampiasana ITD13, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46. Na izany aza, ny mety hisian'ny rafitra neuromorphic feno izay mampifandray ny mari-pandrefesana amin'ny grafika computational neuromorphic dia tsy mbola naseho. Ny olana lehibe dia ny fiovaovan'ny analoga CMOS circuits, izay misy fiantraikany amin'ny fahamarinan'ny fitadiavana lalao. Vao haingana, naseho ny fampiharana nomerika hafa amin'ny tombana ITD47. Ato amin'ity lahatsoratra ity, soso-kevitra ny hampiasa ny fahaizan'ny RRAM hanova ny sandan'ny conductance amin'ny fomba tsy miovaova mba hanoherana ny fiovaovan'ny analoga circuits. Nametraka rafitra andrana iray misy pMUT iray mamindra membrane miasa amin'ny matetika 111.9 kHz, roa pMUT mandray membranes (sensors) simulating sofin'ny vorondolo, ary iray. Izahay dia nanamarika ny rafitra fitiliana pMUT sy ny grafika computational ITD mifototra amin'ny RRAM mba hitsapana ny rafi-toerana misy anay sy hanombanana ny famahana ny angular.
Ampitahainay ny fomba fiasanay amin'ny fampiharana nomerika amin'ny microcontroller izay manao ny asa localization mitovy amin'ny fampiasana fomba beamforming na neuromorphic mahazatra, ary koa ny array programmable gate array (FPGA) ho an'ny fanombanana ITD natolotra ao amin'ny reference. 47. Ity fampitahana ity dia manasongadina ny fahombiazan'ny hery mifaninana amin'ny rafitra neuromorphic analoga mifototra amin'ny RRAM.
Ny iray amin'ireo ohatra manaitra indrindra amin'ny rafitra fametrahana zavatra marina sy mahomby dia hita ao amin'ny barn owl35,37,48. Amin'ny takariva sy ny mangiran-dratsy, ny vorondolo barn (Tyto Alba) dia miantehitra indrindra amin'ny fihainoana tsy mitsaha-mitombo, mikaroka mazoto mitady remby kely toy ny voly na totozy. Ireo manam-pahaizana momba ny fihainoana ireo dia afaka mametraka ny famantarana ny fihainoana avy amin'ny remby amin'ny fahamendrehana mahagaga (eo amin'ny 2°)35, araka ny aseho amin'ny sary 1a. Ny vorondolo barn dia milaza ny toerana misy loharanon-peo ao amin'ny fiaramanidina azimuth (mitsivalana) avy amin'ny fahasamihafan'ny fotoanan'ny sidina miditra (ITD) avy amin'ny loharano mankany amin'ny sofina roa. Ny mekanika computational ITD dia natolotr'i Jeffress49,50 izay miantehitra amin'ny géométrie neural ary mitaky singa roa lehibe: axon, fibre nerve iray miasa ho toy ny tsipika fanemorana, ary andian-tsarimihetsika mpitsikilo kisendrasendra voalamina ho rafitra computational. sary araka ny asehon'ny sary 1b. Tonga any amin'ny sofina ny feo miaraka amin'ny fanemorana fotoana miankina amin'ny azimuth (ITD). Avadika ho lamina spike isaky ny sofina ilay feo. Ny axons amin'ny sofina havia sy havanana dia miasa toy ny tsipika fanemorana ary mifamatotra amin'ny neuron CD. Ara-teorika, tsy misy afa-tsy neuron iray ao anatin'ireo neurons mifanandrify aminy no hahazo fidirana amin'ny fotoana iray (izay manafoana tanteraka ny fahatarana) ary mirehitra be indrindra (mirehitra ihany koa ny sela mpifanolo-bodirindrina, fa amin'ny fatrany ambany kokoa). Ny fampandehanana ny neurons sasany dia manodinkodina ny toeran'ny tanjona eny amin'ny habakabaka nefa tsy manova ny ITD ho zoro. Ity foto-kevitra ity dia fintinina ao amin'ny sary 1c: ohatra, raha avy amin'ny ilany havanana ny feo rehefa mandeha amin'ny lalana lava kokoa noho ny lalana avy amin'ny sofina havia ny famantarana fampidirana avy amin'ny sofina havanana, manonitra ny isan'ny ITD, ohatra, rehefa mifanandrify ny neuron 2. Raha lazaina amin'ny teny hafa, ny CD tsirairay dia mamaly ITD iray (fantatra ihany koa amin'ny hoe fahatarana tsara indrindra) noho ny fahatarana axonal. Noho izany, ny atidoha dia mamadika ny fampahalalana ara-potoana ho fampahalalana spatial. Ny porofo anatomika momba an'io mekanika io dia hita37,51. Ny neuron macronucleus mihidy amin'ny dingana dia mitahiry fampahalalana ara-potoana momba ny feo miditra: araka ny dikan'ny anarany, dia mitifitra amin'ny dingana famantarana sasany izy ireo. Ny neurons detector kisendrasendra amin'ny modely Jeffress dia hita ao amin'ny fototry ny laminar. Mahazo fampahalalana avy amin'ny neurons macronuclear izy ireo, izay ny axons dia miasa toy ny tsipika fanemorana. Ny habetsaky ny fahatarana omen'ny tsipika fanemorana dia azo hazavaina amin'ny halavan'ny axon, ary koa ny lamina myelination hafa izay manova ny hafainganam-pandehan'ny conduction. Nahazo aingam-panahy avy amin'ny rafi-pandrenesan'ny vorondolo barn izahay, dia namolavola rafitra biomimetika ho an'ny toerana misy zavatra. Ny sofina roa dia asehon'ny mpandray pMUT roa. Ny loharanon'ny feo dia ny mpandefa pMUT eo anelanelan'izy ireo (sary 1a), ary ny graph computational dia noforonin'ny rindran-kira CD mifototra amin'ny RRAM (sary 1b, maitso), milalao ny anjara asan'ny CD neurons izay tara ny fampidirana. Amin'ny alalan'ny fizaran-tany, ny tsipika fanemorana (manga) dia miasa toy ny axons amin'ny mpifanandrina biolojika. Ny rafi-pandrefesana natolotra dia tsy mitovy amin'ny fahitan'ny vorondolo, izay ny rafi-pandrenesana dia miasa ao anatin'ny 1-8 kHz, fa ny pMUT sensor miasa amin'ny 117 kHz dia ampiasaina amin'ity asa ity. Ny fisafidianana ny transducer ultrasonic dia heverina araka ny fepetra ara-teknika sy fanatsarana. Voalohany, ny famerana ny bandwidth mandray amin'ny fatra tokana dia manatsara ny fandrefesana ary manamora ny dingana aorian'ny fanodinana. Ankoatr'izay, ny fandidiana amin'ny ultrasound dia manana tombony fa tsy heno ny pulses avoakan'ny olona, ​​noho izany dia aza manelingelina ny olona, ​​satria ny haavon'ny fihainoana azy dia ~ 20-20 kHz.
Mandray onjam-peo avy amin'ny lasibatra ny vorondolo, ary amin'ity tranga ity dia mihetsiketsika remby. Ny fotoana fanidinana (ToF) an'ny onjam-peo dia samy hafa ho an'ny sofina tsirairay (raha tsy eo anoloan'ny vorondolo mivantana ny haza). Ny tsipika misy teboka dia mampiseho ny lalana izoran'ny onjam-peo mankany amin'ny sofin'ny vorondolo. Ny rembiny dia azo apetraka tsara ao amin'ny fiaramanidina marindrano mifototra amin'ny fahasamihafan'ny halavan'ny lalana acoustic roa sy ny fahasamihafan'ny fotoana interaural (ITD) mifanaraka amin'izany (sary ankavia aingam-panahy avy amin'ny ref. 74, copyright 2002, Society for Neuroscience). Ao amin'ny rafitra misy antsika, ny mpandefa pMUT (manga maizina) dia miteraka onjam-peo izay mitsambikina amin'ny tanjona. Ny onjan'ny ultrasound hita taratra dia noraisin'ny mpandray pMUT roa (maitso maitso) ary nokarakarain'ny processeur neuromorphic (ankavanana). b Modely fikajiana ITD (Jeffress) mamaritra ny fomba fandrafetana voalohany ny feo miditra ao amin'ny sofin'ny vorondolo ho toy ny spike mihidy amin'ny dingana lehibe ao amin'ny nosy lehibe (NM) ary avy eo amin'ny fampiasana rindran-damina mirindra ara-jeometrika amin'ireo neurons mpitsikilo mifanentana amin'ny lamellar nucleus. Processing (Holandy) (ankavia). Sarin'ny graph computational neuroITD manambatra ny tsipika fahatarana sy ny neuron detector kisendrasendra, ny rafitra biosensor owl dia azo atao modely amin'ny alàlan'ny circuit neuromorphic miorina amin'ny RRAM (ankavanana). c Skema an'ny mekanika Jeffress lehibe, noho ny fahasamihafan'ny ToF, ny sofina roa dia mandray feo amin'ny fotoana samihafa ary mandefa axons avy amin'ny tendrony roa mankany amin'ny mpitsikilo. Ny axons dia ampahany amin'ny andian-tsarimihetsika mpitsikilo kisendrasendra (CD) neurons, izay samy mamaly mifantina amin'ny fampidirana mifandraika amin'ny fotoana. Vokatr'izany, ireo CD izay tonga miaraka amin'ny fahasamihafan'ny fotoana kely indrindra ihany no mientanentana indrindra (ITD no tambin-karama). Ny CD avy eo dia hanisy code ny toeran'ny zoro ny kendrena.
Piezoelectric micromechanical ultrasonic transducers dia scalable ultrasonic transducers izay azo ampidirina amin'ny teknolojia CMOS mandroso31,32,33,52 ary manana voltase voalohany sy fanjifana herinaratra ambany kokoa noho ny transducers volumetric nentim-paharazana53. Ao amin'ny asantsika, ny savaivony membrane dia 880 µm, ary ny fatran'ny resonant dia zaraina amin'ny 110-117 kHz (sary 2a, jereo ny fomba ho an'ny antsipiriany). Ao amin'ny andiana fitaovana fitsapana folo, ny antonony momba ny kalitao dia manodidina ny 50 (ref. 31). Ny teknolojia dia tonga amin'ny fahamatorana indostrialy ary tsy bioinspired per se. Ny fampifangaroana vaovao avy amin'ny sarimihetsika pMUT samihafa dia teknika fanta-daza, ary azo alaina avy amin'ny pMUT ny fampahalalana momba ny zoro amin'ny fampiasana, ohatra, teknika beamforming31,54. Na izany aza, tsy mety amin'ny fandrefesana herinaratra ambany ny fanodinana famantarana ilaina hanesorana ny angona. Ny rafitra natolotra dia manambatra ny pMUT pMUT data preprocessing data neuromorphic miaraka amin'ny grafika informatika neuromorphic mifototra amin'ny RRAM aingam-panahy avy amin'ny modelin'i Jeffress (sary 2c), manome vahaolana fitaovana mahomby amin'ny angovo sy loharanon-karena. Nanao fanandramana izahay izay nametrahana sensor roa pMUT teo amin'ny 10 sm teo ho eo mba hanararaotra ireo feo ToF samihafa azon'ireo membrane roa mandray. Ny pMUT iray miasa ho mpitety dia mipetraka eo anelanelan'ireo mpandray. Ny lasibatra dia takelaka PVC 12 cm ny sakany, izay eo amin'ny elanelana D eo anoloan'ny fitaovana pMUT (sary 2b). Ny mpandray dia mirakitra ny feo hita taratra avy amin'ilay zavatra ary mihetsika araka izay tratra mandritra ny fandalovan'ny onjam-peo. Avereno ny fanandramana amin'ny fanovana ny toeran'ny zavatra, voafaritry ny halavirana D sy ny zoro θ. Aingam-panahy avy amin'ny rohy. 55, manolotra fanodinkodinana neuromorphic mialoha ny mari-pamantarana manta pMUT izahay mba hanovana ny onjam-pandrefesana ho tampony mba hampidirana grafika kajy neuromorphic. Ny ToF mifanandrify amin'ny amplitude tampon'isa dia alaina avy amin'ny fantsona roa tsirairay ary asiana kaody ho toy ny fotoana marina amin'ny tendrony tsirairay. Ao amin'ny fig. 2c dia mampiseho ny circuitry ilaina hampifandraisana ny sensor pMUT miaraka amin'ny grafika kajy mifototra amin'ny RRAM: ho an'ny tsirairay amin'ireo mpandray pMUT roa, ny famantarana manta dia band-pass voasivana mba hanalefahana, hanitsy, ary avy eo dia alefa any amin'ny integrator mitete amin'ny fomba fandresena. ny tokonam-baravarana mavitrika (sary 2d) dia mamorona hetsika famoahana (spike) sy tifitra (LIF) neuron: ny fotoana spike output dia mamaritra ny fotoana sidina hita. Ny tokonam-baravaran'ny LIF dia nohamarinina amin'ny valin'ny pMUT, ka mampihena ny fiovaovan'ny pMUT avy amin'ny fitaovana mankany amin'ny fitaovana. Amin'ity fomba fiasa ity, fa tsy mitahiry ny onjam-peo manontolo ao anaty fitadidiana sy ny fanodinana azy any aoriana, dia mamorona tampon'isa mifanandrify amin'ny ToF amin'ny onjam-peo isika, izay mamorona ny fidirana amin'ny grafika computational memory resistive. Ny spikes dia alefa mivantana amin'ny tsipika fanemorana ary mifanitsy amin'ny maodely fitiliana lalao amin'ny grafika kajy neuromorphic. Satria alefa any amin'ny vavahadin'ny transistors izy ireo, dia tsy ilaina ny circuitry amplification fanampiny (jereo ny sary fanampiny 4 ho an'ny antsipiriany). Mba hanombanana ny fahamarinan'ny angular localization nomen'ny pMUT sy ny fomba fanodinana famantarana natolotra, dia norefesinay ny ITD (izany hoe, ny fahasamihafan'ny fotoana eo amin'ny zava-mitranga avo indrindra vokatry ny mpandray roa) satria miovaova ny elanelana sy ny zoro amin'ilay zavatra. Ny famakafakana ITD dia navadika ho zoro (jereo ny Methods) ary nokasaina hanohitra ny toeran'ny zavatra: nitombo ny tsy fahatokisana amin'ny ITD refesina amin'ny halavirana sy ny zoro amin'ny zavatra (sary 2e, f). Ny olana lehibe dia ny ratio peak-to-noise (PNR) amin'ny valin'ny pMUT. Arakaraka ny lavitr'ilay zavatra, dia mihena ny famantarana acoustic, ka mampihena ny PNR (sary 2f, tsipika maitso). Ny fihenan'ny PNR dia mitarika amin'ny fitomboan'ny tsy fahatokisana amin'ny tombantomban'ny ITD, ka miteraka fitomboan'ny fahamarinan-toerana (sary 2f, tsipika manga). Ho an'ny zavatra iray amin'ny halavirana 50 sm amin'ny mpandefa, ny fahamarinan'ny zoro amin'ny rafitra dia eo amin'ny 10° eo ho eo. Ity fetra apetraky ny toetran'ny sensor ity dia azo hatsaraina. Ohatra, azo ampitomboina ny fanerena alefan'ny emitter, ka mampitombo ny voltase mitondra ny membrane pMUT. Vahaolana iray hafa hanamafisana ny famantarana azo alefa dia ny fampifandraisana ireo mpitatitra maromaro 56. Ireo vahaolana ireo dia hampitombo ny halaviran'ny fitiliana amin'ny fandaniana ny vidin'ny angovo. Misy fanatsarana fanampiny azo atao eo amin'ny lafiny fandraisana. Ny gorodona tabataban'ny mpandray pMUT dia azo ahena be amin'ny alàlan'ny fanatsarana ny fifandraisana eo amin'ny pMUT sy ny amplifier dingana voalohany, izay atao amin'izao fotoana izao miaraka amin'ny fifandraisana tariby sy tariby RJ45.
Sarin'ny krystaly pMUT misy membrane enina 880 µm mitambatra amin'ny pitch 1.5 mm. b Diagram ny fametrahana fandrefesana. Ny lasibatra dia eo amin'ny toeran'ny azimuth θ ary amin'ny halavirana D. Ny mpandefa pMUT dia miteraka famantarana 117.6 kHz izay mitsambikina miala amin'ny tanjona ary mahatratra roa pMUT mpandray miaraka amin'ny fotoanan'ny sidina (ToF) samy hafa. Io fahasamihafàna io, nofaritana ho inter-aural time difference (ITD), dia manodinkodina ny toeran'ny zavatra iray ary azo tombanana amin'ny fanombantombanana ny valin'ny tampon'ireo sensor roa mpandray. c Skema amin'ny dingana mialoha ny fanodinana amin'ny famadihana ny mari-pamantarana pMUT manta ho sequences spike (izany hoe fampidirana amin'ny grafika kajy neuromorphic). Ny sensor pMUT sy ny sarin'ny computational neuromorphic dia noforonina sy nosedraina, ary ny pre-processing neuromorphic dia mifototra amin'ny simulation software. d Valin'ny membrane pMUT rehefa nahazo famantarana sy ny fiovany ho sehatra spike. e Famantarana ny zoro fanandraman-toerana ho toy ny asan'ny zoro (Θ) sy ny halavirana (D) mankany amin'ny tanjona kendrena. Ny fomba fitrandrahana ITD dia mitaky famaha angular kely indrindra eo amin'ny 4 ° C. f Fahamarinan'ny zoro (tsipika manga) sy ny tahan'ny peak-to-noise mifanaraka amin'izany (tsipika maitso) mifanohitra amin'ny halaviran'ny zavatra ho an'ny Θ = 0.
Ny fahatsiarovana resistive dia mitahiry vaovao amin'ny toetry ny conductive tsy miovaova. Ny fitsipika fototra amin'ny fomba dia ny fanovana ny fitaovana amin'ny ambaratonga atomika dia miteraka fiovana eo amin'ny conductivity elektrika57. Eto isika dia mampiasa fitadidiana fanoherana mifototra amin'ny oksida misy sosona 5nm amin'ny gazy hafnium voafandrika eo anelanelan'ny titane ambony sy ambany ary electrodes titane nitride. Ny conductivity ny fitaovana RRAM dia azo ovaina amin'ny alalan'ny fampiharana onjam-peo ankehitriny/voltage izay mamorona na manapaka conductive filaments ny oksizenina banga eo anelanelan'ny electrodes. Nampifandray ireo fitaovana58 ireo izahay tamin'ny fizotry ny CMOS 130 nm mahazatra mba hamoronana fizaran-tany neuromorphic azo amboarina amin'ny fampiharana ny mpitsikilo kisendrasendra sy ny tsipika fanemorana (sary 3a). Ny toetra tsy miovaova sy analoga amin'ny fitaovana, miaraka amin'ny toetran'ny hetsika neuromorphic circuit, dia manamaivana ny fanjifana herinaratra. Ny circuit dia manana fiasa on/off eo no ho eo: miasa avy hatrany izy rehefa avy mirehitra, mamela ny herinaratra ho tapaka tanteraka rehefa tsy miasa ny circuit. Ny singa fototra amin'ny drafitra natolotra dia aseho amin'ny sary. 3b. Izy io dia misy rafitra N parallel single-resistor single-transistor (1T1R) izay mametaka ny lanjan'ny synaptika izay alaina amin'ny tondra-drano, ampidirina ao amin'ny synapse mahazatra an'ny integrator mpivady differential (DPI) 59, ary farany dia natsindrona tao amin'ny synaps miaraka amin'ny fampidirana sy leakage. activated (LIF) neuron 60 (jereo ny fomba hahitana antsipiriany). Ny firongatry ny fampidirana dia ampiharina amin'ny vavahadin'ny rafitra 1T1R amin'ny endrika filaharan'ny pulses malefaka miaraka amin'ny faharetan'ny filaharan'ny nanosecond an-jatony. Ny fitadidiana fanoherana dia azo apetraka ao amin'ny fanjakana avo lenta (HCS) amin'ny alàlan'ny fampiharana reference tsara ivelany amin'ny Vtop rehefa miorim-paka ny Vbottom, ary avereno amin'ny toetran'ny conductive ambany (LCS) amin'ny alàlan'ny fametrahana voltase tsara amin'ny Vbottom rehefa miorina ny Vtop. Ny sandan'ny salan'isan'ny HCS dia azo fehezina amin'ny famerana ny programa ankehitriny (fanaraha-maso) an'ny SET (ICC) amin'ny alàlan'ny vavahady loharanon'ny transistor andiany (sary 3c). Ny asan'ny RRAM ao amin'ny fizaran-tany dia roa sosona: izy ireo no mitarika sy mandanja ny fidiran'ny pulses.
Sarin'ny microscope electron scanning (SEM) amin'ny fitaovana manga HfO2 1T1R RRAM tafiditra ao anatin'ny teknolojia CMOS 130 nm miaraka amin'ny transistors selector (650 nm sakany) maitso. b Ireo singa fototra amin'ny schema neuromorphic natolotra. Ny fidiran'ny tosidra (peaks) Vin0 sy Vin1 dia mandany ny Iweight ankehitriny, izay mifanaraka amin'ny fitondran-tena G0 sy G1 amin'ny rafitra 1T1R. Ampidirina ao amin'ny synapses DPI ity zotra ity ary mampientanentana ny neurons LIF. RRAM G0 sy G1 dia napetraka ao amin'ny HCS sy LCS tsirairay avy. c Function of cumulative conductance density for a group of 16K RRAM devices as function of ICC current matching, which correctly control the conduction level. d Ny fandrefesana circuit ao amin'ny (a) mampiseho fa G1 (ao amin'ny LCS) dia manakana tsara ny fidirana avy amin'ny Vin1 (maitso), ary raha ny marina dia mamaly amin'ny fidirana manga avy amin'ny Vin0 ihany ny fatran'ny membrane neuron. Ny RRAM dia mamaritra tsara ny fifandraisana ao amin'ny faritra. e Fandrefesana ny fizaran-tany ao amin'ny (b) mampiseho ny vokatry ny conductance sanda G0 eo amin'ny membrane malefaka Vmem aorian'ny fampiharana ny voly pulse Vin0. Arakaraka ny conductance no matanjaka kokoa ny valiny: noho izany, ny fitaovana RRAM dia mampihatra ny lanjan'ny fifandraisana I/O. Ny fandrefesana dia natao teo amin'ny fizaran-tany ary mampiseho ny fiasan'ny RRAM roa, ny fandehanana ary ny lanjan'ny pulses fampidirana.
Voalohany, satria misy fanjakana roa fototra (HCS sy LCS), ny RRAM dia afaka manakana na tsy mahita pulses fampidirana rehefa ao amin'ny fanjakana LCS na HCS izy ireo. Vokatr'izany, ny RRAM dia mamaritra tsara ny fifandraisana ao amin'ny faritra. Izany no fototry ny fahafahana manavao ny maritrano. Mba hampisehoana izany, dia hamariparitra ny fampiharana ny faritra noforonina amin'ny bloc circuit ao amin'ny sary 3b. Ny RRAM mifanandrify amin'ny G0 dia voarindra ao amin'ny HCS, ary ny RRAM G1 faharoa dia voarindra ao amin'ny LCS. Ny pulses fampidirana dia ampiharina amin'ny Vin0 sy Vin1. Ny vokatry ny filaharan'ny pulso fampidirana roa dia nodinihina tao amin'ny neurons output amin'ny alàlan'ny fanangonana ny voltase membrane neuron sy ny famantarana mivoaka amin'ny fampiasana oscilloscope. Nahomby ny fanandramana raha ny fitaovana HCS (G0) ihany no mifandray amin'ny pulso neuron mba hamporisihana ny fihenjanan'ny membrane. Izany dia aseho ao amin'ny Figure 3d, izay ny manga pulse lamasinina mahatonga ny membrane malefaka hanorina eo amin'ny membrane capacitor, raha ny maitso pulse lamasinina mitazona ny membrane malefaka malefaka tsy tapaka.
Ny asa lehibe faharoa an'ny RRAM dia ny fampiharana ny lanjan'ny fifandraisana. Amin'ny fampiasana ny fanitsiana conductance analogue an'ny RRAM, ny fifandraisana I/O dia azo lanjaina mifanaraka amin'izany. Ao amin'ny fanandramana faharoa, ny fitaovana G0 dia novolavolaina tamin'ny ambaratonga samihafa amin'ny HCS, ary nampiharina tamin'ny fidirana VIn0 ny pulso fampidirana. Ny fidiran'ny pulse dia misintona ankehitriny (Ilanja) avy amin'ny fitaovana, izay mifandanja amin'ny conductance sy ny mety hilatsaka Vtop − Vbot. Avy eo dia atsipy ao amin'ny synapses DPI sy ny neurons output LIF ity mavesatra ity. Ny tanjaky ny membrane amin'ny neurons mivoaka dia voarakitra amin'ny fampiasana oscilloscope ary aseho amin'ny sary 3d. Ny tampon'ny voltase amin'ny membrane neuron ho setrin'ny pulse fampidirana tokana dia mifandanja amin'ny fitondran'ny fahatsiarovana resistive, mampiseho fa ny RRAM dia azo ampiasaina ho singa programmable amin'ny lanjan'ny synaptic. Ireo fitsapana santatra roa ireo dia mampiseho fa ny sehatra neuromorphic miorina amin'ny RRAM natolotra dia afaka mampihatra ireo singa fototra amin'ny mekanika Jeffress fototra, dia ny tsipika fanemorana sy ny circuit detector kisendrasendra. Ny sehatra fizaran-tany dia amboarina amin'ny alàlan'ny fametahana blocs mifanesy mifanila, toy ireo sakana eo amin'ny sary 3b, ary mampifandray ny vavahadiny amin'ny tsipika fampidirana mahazatra. Namboarina, nanamboatra ary nanandrana sehatra neuromorphic izahay izay misy neuron roa mivoaka izay mahazo fidirana roa (sary 4a). Ny sarin'ny faritra dia aseho amin'ny sary 4b. Ny matrix 2 × 2 RRAM ambony dia mamela ny fidiran'ny pulses ho tarihina amin'ny neuron roa mivoaka, raha ny ambany 2 × 2 matrix dia mamela ny fifandraisana miverimberina amin'ny neurons roa (N0, N1). Asehontsika fa ity sehatra ity dia azo ampiasaina miaraka amin'ny fanefena tsipika fanemorana sy ny fiasan'ny mpitsikilo kisendrasendra roa samy hafa, araka ny asehon'ny fandrefesana andrana amin'ny sary 4c-e.
Sarimihetsika boribory noforonin'ny neurônina roa mivoaka N0 sy N1 mandray ny fampidirana roa 0 sy 1. Ny fitaovana efatra ambony amin'ny array dia mamaritra ny fifandraisana synaptic avy amin'ny fidirana mankany amin'ny famoahana, ary ny sela efatra ambany dia mamaritra ny fifandraisana miverimberina eo amin'ny neurons. Ny RRAM miloko dia maneho ireo fitaovana voarindra ao amin'ny HCS eo ankavanana: ireo fitaovana ao amin'ny HCS dia mamela ny fifandraisana ary maneho ny lanja, fa ny fitaovana ao amin'ny LCS dia manakana ny fidiran'ny pulses ary manakana ny fifandraisana amin'ny vokatra. b Diagram amin'ny faritra (a) misy maody RRAM valo nasongadina tamin'ny manga. c Ny tsipika fanemorana dia miforona amin'ny fampiasana tsotra izao ny dinamikan'ny synapses DPI sy ny neuron LIF. Ny RRAM maitso dia napetraka amin'ny fitondran-tena avo lenta mba ahafahana miteraka glitch amin'ny vokatra aorian'ny fanemorana Δt. d Skématika fanoharana momba ny fanaraha-maso CD tsy misy toromarika momba ny famantarana miankina amin'ny fotoana. Output neuron 1, N1, mirehitra amin'ny fidirana 0 sy 1 miaraka amin'ny fahatarana fohy. e Circuit CD saro-pady amin'ny tari-dalana, fizaran-tany izay mahita rehefa manakaiky ny fidirana 0 ny fidirana 1 ary tonga aorian'ny fampidirana 0. Ny fivoahan'ny faritra dia asehon'ny neuron 1 (N1).
Ny tsipika fanemorana (sary 4c) dia mampiasa ny fihetsika mavitrika amin'ny DPI synapses sy ny neuron LIF mba hamoahana ny spike fidirana avy amin'ny Vin1 mankany Vout1 amin'ny fanemorana ny Tdel. Ny G3 RRAM mifandray amin'ny Vin1 sy Vout1 ihany no voalamina ao amin'ny HCS, ny RRAM sisa dia voarindra ao amin'ny LCS. Ny fitaovana G3 dia nomanina ho an'ny 92.6 µs mba hahazoana antoka fa ny pulsée input tsirairay dia mampitombo ny taham-bolan'ny neuron output ampy mba hahatratrarana ny tokonam-baravarana ary hamokatra pulse output tara. Ny fanemorana ny Tdel dia voafaritra amin'ny tsy miovaova synaptic sy neural. Ny mpitsikilo kisendrasendra dia mahita ny fisehoan'ny famantarana fampidiran-dresaka mifandraika amin'ny fotoana nefa zaraina amin'ny sehatra. Ny CD tsy misy toromarika dia miankina amin'ny fampidirana tsirairay mivadika amin'ny neuron output mahazatra (sary 4d). Ireo RRAM roa mampifandray an'i Vin0 sy Vin1 amin'ny Vout1, G2 ary G4 tsirairay avy dia nomanina ho an'ny fampitana avo. Ny fahatongavan'ny spikes amin'ny Vin0 sy Vin1 dia mampitombo ny voltase amin'ny membrane neuron N1 eo ambonin'ny tokonam-baravarana ilaina amin'ny famoahana ny spike. Raha mifanalavitra loatra amin'ny fotoana ny fampidiran-dresaka roa, dia mety ho simba ny fiampangana amin'ny voltase membrane nangonin'ny fampidiran-dresaka voalohany, ka manakana ny mety hisian'ny membrane N1 tsy ho tonga amin'ny sandan'ny tokonam-baravarana. Ny G1 sy ny G2 dia nomanina ho an'ny 65 µs eo ho eo, izay miantoka fa ny fisondrotan'ny fampidirana tokana dia tsy mampitombo ny voly membrane ampy hahatonga ny fivoahana. Ny fitadiavana kisendrasendra eo amin'ny hetsika zaraina eny amin'ny habakabaka sy ny fotoana dia asa fototra ampiasaina amin'ny asa fandrenesana isan-karazany toy ny fisorohana ny sakana mifototra amin'ny fikorianan'ny optika sy ny fanamafisam-peo. Noho izany, ny kajy CD saro-pady sy tsy saro-pady dia singa fototra fototra amin'ny fananganana rafitra fanaraha-maso maso sy feo. Araka ny asehon'ny toetran'ny tsy miova amin'ny fotoana (jereo ny sary fanampiny 2), ny fizaran-tany atolotra dia manatanteraka baiko efatra amin'ny haavon'ny fotoana. Noho izany dia afaka mahafeno ny fepetra takian'ny rafitra hita maso sy feo. CD saro-pandrefesana tari-dalana dia faritra saro-pady amin'ny filaharan'ny habakabaka amin'ny fahatongavan'ny pulses: avy any ankavanana miankavia ary ny mifamadika amin'izany. Izy io dia singa fototra ao amin'ny tambajotram-pikarohana fototra amin'ny rafitra maso Drosophila, ampiasaina amin'ny kajy ny toromarika mihetsika sy mamantatra ny fifandonana62. Mba hahatratrarana CD saro-pady, ny fampidirana roa dia tsy maintsy alefa amin'ny neurons roa samy hafa (N0, N1) ary tsy maintsy misy fifandraisana mivantana eo amin'izy ireo (sary 4e). Rehefa voaray ny fampidirana voalohany, dia mihetsika ny NO amin'ny fampitomboana ny voltase manerana ny fonony eo ambonin'ny sandan'ny tokonam-baravarana ary mandefa fiakarana. Ity hetsika famoahana ity indray dia mandrehitra ny N1 noho ny fifandraisana amin'ny lalana nasongadina amin'ny maitso. Raha misy hetsika fampidirana Vin1 tonga ary manome hery an'i N1 raha mbola avo lenta ny tadin'ny membrane, dia miteraka hetsika mivoaka ny N1 izay manondro fa nisy fifanandrinana hita teo amin'ireo fidirana roa. Ny fifandraisana mivantana dia mamela ny N1 hamoaka vokatra raha tsy aorian'ny fampidirana 0 ny input 1. Ny G0, G3, ary G7 dia voaprograma ho 73.5 µS, 67.3 µS ary 40.2 µS, tsirairay avy, izay miantoka fa ny spike tokana amin'ny fampidirana Vin0 dia miteraka fahatarana. Miakatra ny fivoahana, raha toa ka mahatratra ny tokonam-baravarana ihany ny tanjaky ny fonon'ny N1 rehefa tonga amin'ny fampifanarahana ny fipoahana fampidirana roa. .
Ny fiovaovana dia loharanon'ny tsy fahalavorariana amin'ny rafitra neuromorphic modely63,64,65. Izany dia mitarika amin'ny fitondran-tena heterogène amin'ny neurons sy synapses. Ohatra amin'ny fatiantoka toy izany dia ahitana ny fiovaovan'ny 30% (midika hoe fivilian-dàlana mahazatra) amin'ny fahazoana miditra, ny fotoana tsy miovaova ary ny fe-potoana tsy mitongilana, raha tsy hilaza afa-tsy vitsivitsy (jereo ny Methods). Ity olana ity dia vao mainka miharihary kokoa rehefa mifamatotra ny circuit neural maromaro, toy ny CD misy orientation misy neuron roa. Mba hiasa araka ny tokony ho izy, dia tokony hitovy araka izay azo atao ny fiovaovan'ny fotoana tombom-barotra sy fatiantoka amin'ny neurons roa. Ohatra, ny fahasamihafana lehibe amin'ny fahazoana miditra dia mety hahatonga ny neuron iray hihetsika be loatra amin'ny fidiran'ny pulso raha toa ka zara raha mamaly ny neuron iray hafa. Ao amin'ny fig. Ny sary 5a dia mampiseho fa ny neurons voafantina kisendrasendra dia mamaly amin'ny fomba hafa amin'ny pulse fampidirana mitovy. Ity fiovaovan'ny neural ity dia manan-danja, ohatra, amin'ny fiasan'ny CD saro-pady. Ao amin'ny drafitra aseho ao amin'ny fig. 5b, c, ny tombony miditra amin'ny neuron 1 dia ambony lavitra noho ny an'ny neuron 0. Noho izany, ny neuron 0 dia mitaky pulses fampidirana telo (fa tsy 1) mba hahatongavana amin'ny tokonam-baravarana, ary ny neuron 1, araka ny efa nampoizina, dia mila hetsika roa fampidirana. Ny fampiharana ny plastika biomimetika miankina amin'ny fotoana spike (STDP) dia fomba iray azo atao hanalefahana ny fiantraikan'ny fizaran-tany neural sy synaptic tsy mazava sy malaina amin'ny fahombiazan'ny rafitra43. Eto izahay dia manolotra ny hampiasa ny fihetsika plastika amin'ny fitadidiana manohitra ho toy ny fomba fitaomana ny fampivoarana ny fampidirana neural sy ny fampihenana ny vokatry ny fiovaovan'ny neuromorphic circuits. Araka ny asehon’ny sary. 4e, ny haavon'ny conductance mifandraika amin'ny mass synaptic RRAM dia nanova tsara ny valin-kaonty neural membrane mifanaraka amin'izany. Mampiasa paikady fandaharana RRAM iterative izahay. Ho an'ny fidirana nomena, ny soatoavin'ny conductance amin'ny lanjan'ny synaptic dia averina averina mandra-pahazoana ny fihetsika kendrena amin'ny circuit (jereo ny Methods).
Fandrefesana andrana amin'ny valin'ny neurônina sivy voafantina tsindraindray amin'ny pulse fampidirana mitovy. Ny valiny dia miovaova amin'ny mponina, misy fiantraikany amin'ny fahazoana miditra sy ny tsy miovaova ny fotoana. b Fandrefesana andrana ny fiantraikan'ny neurônina amin'ny fiovaovan'ny neurons misy fiantraikany amin'ny CD saro-pady. Ny neuron-n'ny famoahana CD roa saro-pady dia mamaly amin'ny fomba hafa amin'ny fanentanana fampidirana noho ny fiovaovan'ny neuron-to-neuron. Ny Neuron 0 dia manana tombony kely kokoa noho ny neuron 1, noho izany dia mila pulso fampidirana telo (fa tsy 1) mba hamoronana spike vokatra. Araka ny efa nampoizina, ny neuron 1 dia tonga amin'ny tokonam-baravarana miaraka amin'ny hetsika fampidirana roa. Raha tonga ny input 1 Δt = 50 µs taorian'ny firehetan'ny neuron 0, dia mangina ny CD satria Δt dia lehibe noho ny fotoana tsy miovaova amin'ny neuron 1 (eo amin'ny 22 µs). c dia ahena amin'ny Δt = 20 µs, ka ny fidirana 1 dia miakatra ny tampony rehefa mbola avo ny tifitra neuron 1, ka miteraka fisehoan-javatra roa fampidirana roa.
Ny singa roa ampiasaina amin'ny tsanganana kajy ITD dia ny tsipika fanemorana sy ny CD tsy misy toromarika. Ireo faritra roa ireo dia mitaky calibration mazava tsara mba hiantohana ny fahombiazan'ny fametrahana zavatra. Ny tsipika fanemorana dia tsy maintsy manome dikan-teny mitaredretra marina amin'ny tampon'ny fidirana (sary 6a), ary ny CD dia tsy maintsy alefa raha tsy tafiditra ao anatin'ny faritry ny lasibatra ny fidirana. Ho an'ny tsipika fanemorana, ny lanjan'ny synaptika amin'ny fifandraisana fampidirana (G3 amin'ny sary 4a) dia naverina naverina indray mandra-pahatongan'ny fahatarana kendrena. Mametraha fandeferana manodidina ny fahatarana kendrena hampiato ny fandaharana: ny kely kokoa ny fandeferana no sarotra kokoa ny mametraka amim-pahombiazana ny tsipika fanemorana. Amin'ny aviavy. Ny sary 6b dia mampiseho ny vokatry ny fizotry ny calibration andalana fahatarana: hita fa ny drafitra natolotra dia afaka manome marina ny fahatarana rehetra ilaina amin'ny drafitra famolavolana (avy amin'ny 10 ka hatramin'ny 300 μs). Ny isan'ny fandrefesana ambony indrindra dia misy fiantraikany amin'ny kalitaon'ny fizotran'ny calibration: 200 iterations dia mety hampihena ny fahadisoana ho latsaky ny 5%. Ny famerenan'ny calibration iray dia mifanandrify amin'ny fampandehanana napetraka / famerenana ny sela RRAM. Ny fizotry ny fanamafisam-peo dia zava-dehibe ihany koa amin'ny fanatsarana ny fahamarinan'ny maodely CD amin'ny fijerena hetsika akaiky eo noho eo. Nandany fandrefesana folo ny fandrefesana mba hahazoana taham-pahombiazana marina (izany hoe, ny tahan'ny trangan-javatra fantatra tsara fa ilaina) mihoatra ny 95% (tsipika manga eo amin'ny sary 6c). Na izany aza, ny fizotry ny Tuning dia tsy nisy fiantraikany amin'ny fisehoan-javatra tsara diso (izany hoe, ny matetika ny fisehoan-javatra izay diso fantatra fa ilaina). Fomba iray hafa voamarika amin'ny rafitra biolojika handresena ny fe-potoana amin'ny zotra mihetsiketsika haingana dia ny redundancy (izany hoe, dika maro amin'ny zavatra iray ihany no ampiasaina hanatanterahana asa iray). Nahazo aingam-panahy avy amin'ny biology66, nametraka faritra CD maromaro izahay isaky ny maody CD eo anelanelan'ireo tsipika fahatarana roa mba hampihenana ny fiantraikan'ny fanenjehana diso. Araka ny asehon’ny sary. 6c (tsipika maitso), ny fametrahana singa CD telo ao amin'ny maody CD tsirairay dia afaka mampihena ny tahan'ny fanairana diso ho latsaky ny 10-2.
Ny vokatry ny fiovaovan'ny neuronal amin'ny fizaran'ny tsipika fahatarana. b Ny fizotry ny tsipika fahatarana dia azo averina amin'ny fahatarana lehibe amin'ny alàlan'ny fametrahana ny tsy fe-potoana amin'ny neurons LIF mifanaraka amin'izany sy ny DPI synapses amin'ny sanda lehibe. Ny fampitomboana ny isan'ny iterations ny RRAM calibration fomba dia nahafahana nanatsara be ny fahamarinan'ny kendrena fahatarana: 200 iterations nampihena ny fahadisoana ho latsaky ny 5%. Ny fandefasana iray dia mifanaraka amin'ny asa SET/RESET amin'ny sela RRAM. Ny maodely CD tsirairay ao amin'ny maodely c Jeffress dia azo ampiharina amin'ny alàlan'ny singa CD parallèle N ho an'ny flexibilité bebe kokoa momba ny tsy fahombiazan'ny rafitra. d Mampitombo ny taham-pahombiazana marina (tsipika manga) ny fanamafisam-peo RRAM bebe kokoa, raha tsy miankina amin'ny isan'ny iterations (tsipika maitso) kosa ny taham-pahasoavana diso. Ny fametrahana singa CD maromaro mifanandrify dia misoroka ny fisavana diso ny lalao CD modules.
Isika izao dia manombatombana ny fahombiazany sy ny fanjifana herinaratra amin'ny rafitra fanamafisam-peo mitambatra amin'ny farany aseho amin'ny sary 2 amin'ny fampiasana ny fandrefesana ny toetran'ny acoustic ny pMUT sensor, CD, ary ny tsipika fanemorana izay mandrafitra ny grafika informatika neuromorphic. Modely Jeffress (sary 1a). Raha ny amin'ny grafika informatika neuromorphic, dia betsaka kokoa ny isan'ny maody CD, ny tsara kokoa ny famahana ny angular, fa koa ny ambony ny angovo ny rafitra (sary 7a). Ny marimaritra iraisana dia azo atao amin'ny fampitahana ny fahamarinan'ny singa tsirairay (pMUT sensors, neurons ary synaptic circuits) miaraka amin'ny fahamarinan'ny rafitra iray manontolo. Ny famahana ny tsipika fanemorana dia voafetra amin'ny fotoana tsy miovaova amin'ny synapses sy neurons simulated, izay ao amin'ny drafitray dia mihoatra ny 10 µs, izay mifanitsy amin'ny famaha angular 4 ° (jereo ny Methods). Ny node mandroso kokoa miaraka amin'ny teknolojia CMOS dia hamela ny famolavolana ny faritra neural sy synaptic miaraka amin'ny tsy miovaova amin'ny fotoana ambany kokoa, ka miteraka fahitsiana kokoa ny singa tsipika fahatarana. Na izany aza, ao amin'ny rafitra misy antsika, ny marina dia voafetra amin'ny fahadisoana pMUT amin'ny fanombanana ny toeran'ny zoro, izany hoe 10 ° (tsipika manga mitsivalana amin'ny sary 7a). Nametraka ny isan'ny maody CD amin'ny 40 izahay, izay mifanandrify amin'ny famaha angular eo amin'ny 4 °, izany hoe, ny fahamarinan'ny angular amin'ny grafika computational (tsipika mitsivalana manga mazava amin'ny sary 7a). Amin'ny ambaratongan'ny rafitra dia manome vahaolana 4° izany ary 10° marina ho an'ny zavatra hita 50 sm eo anoloan'ny rafitra sensor. Ity sanda ity dia ampitahaina amin'ny rafitra fanamafisam-peo neuromorphic voalaza ao amin'ny ref. 67. Ny fampitahana ny rafitra natolotra miaraka amin'ny toetry ny zavakanto dia hita ao amin'ny tabilao fanampiny 1. Ny fampidirana pMUT fanampiny, ny fampitomboana ny mari-pamantarana acoustic, ary ny fampihenana ny feo elektronika dia fomba azo atao hanatsarana ny fahamarinan'ny localization. ) dia tombanana ho 9.7. nz. 55. Raha jerena ny 40 CD ao amin'ny grafika kajy, ny simulation SPICE dia nanombatombana ny angovo isaky ny asa (izany hoe, angovo mametra ny zavatra) ho 21.6 nJ. Ny rafitra neuromorphic dia tsy miasa afa-tsy rehefa tonga ny hetsika fampidirana, izany hoe rehefa tonga amin'ny mpandray pMUT ny onjam-peo acoustic ary mihoatra ny fetran'ny fitiliana, raha tsy izany dia mijanona ho tsy mavitrika. Misoroka ny fanjifana herinaratra tsy ilaina izany rehefa tsy misy famantarana fampidirana. Raha jerena ny fatran'ny fampandehanan-toerana amin'ny 100 Hz sy ny fe-potoana fampahavitrihana 300 µs isaky ny fandidiana (ITD azo atao indrindra), ny fanjifana herinaratra amin'ny grafika informatika neuromorphic dia 61.7 nW. Miaraka amin'ny fanodinana mialoha ny neuromorphic ampiharina amin'ny mpandray pMUT tsirairay dia mahatratra 81.6 nW ny fanjifana herinaratra amin'ny rafitra manontolo. Mba hahatakarana ny fahombiazan'ny angovo amin'ny fomba fiasa neuromorphic natolotra raha oharina amin'ny fitaovana mahazatra, dia nampitahainay ity isa ity amin'ny angovo ilaina amin'ny asa mitovy amin'ny microcontroller maoderina ambany amin'ny alàlan'ny neuromorphic na mahazatra beamforming68 Skill. Ny fomba fiasa neuromorphic dia mandinika ny dingana analog-to-digital converter (ADC), arahin'ny sivana band-pass ary dingana fitrandrahana valopy (fomba Teeger-Kaiser). Farany, misy hetsika tokonam-baravarana mba hanesorana ny ToF. Nesorintsika ny kajy ny ITD mifototra amin'ny ToF sy ny fiovam-po amin'ny toeran'ny zoro tombanana satria mitranga indray mandeha isaky ny fandrefesana (jereo ny fomba). Raha heverina ny tahan'ny santionany 250 kHz amin'ny fantsona roa (pMUT receivers), 18 band pass filter operations, 3 extraction extraction, ary 1 threshold operation isaky ny santionany, ny totalin'ny fanjifana herinaratra dia tombanana amin'ny 245 microwatts. Izany dia mampiasa ny maodely ambany-power69 an'ny microcontroller, izay mandeha rehefa tsy mandeha ny algorithms, izay mampihena ny fanjifana herinaratra ho 10.8 µW. Ny fanjifana herinaratra amin'ny vahaolana fanodinana famantarana beamforming natolotra ao amin'ny reference. 31, miaraka amin'ny mpandray 5 pMUT sy taratra 11 mizara mitovy amin'ny fiaramanidina azimuth [-50°, +50°], dia 11,71 mW (jereo ny fizarana Methods raha mila fanazavana fanampiny). Ho fanampin'izay, mitatitra ny fanjifana herinaratra ny Time Difference Encoder (TDE) mifototra amin'ny FPGA47 izay tombanana amin'ny 1.5 mW ho fanoloana ny modely Jeffress ho an'ny localization zavatra. Miorina amin'ireo tombantombana ireo, ny fomba fiasa neuromorphic natolotra dia mampihena ny fanjifana herinaratra amin'ny halehiben'ny dimy raha ampitahaina amin'ny microcontroller mampiasa teknika beamforming mahazatra ho an'ny hetsika localization. Ny fampiasana fomba fiasa neuromorphic amin'ny fanodinana famantarana amin'ny microcontroller mahazatra dia mampihena ny fanjifana herinaratra amin'ny baiko roa eo ho eo. Ny fahombiazan'ny rafitra natolotra dia azo hazavaina amin'ny alàlan'ny fampifangaroana asynchronous resistive-memory analog circuit afaka manao kajy ao anaty fitadidiana sy ny tsy fisian'ny fiovam-po anana-to-nomika ilaina mba hahitana famantarana.
Ny famahana angular (manga) sy ny fanjifana herinaratra (maitso) amin'ny fampandehanan-toerana miankina amin'ny isan'ny maody CD. Ny bara mitsivalana manga maizina dia maneho ny fahamarinan'ny angular PMUT ary ny bara mitsivalana manga manga dia maneho ny fahamarinan'ny grafofaonina neuromorphic. b Ny fanjifana herinaratra amin'ny rafitra atolotra sy fampitahana amin'ireo fampiharana microcontroller roa noresahina sy ny fampiharana nomerika ny Time Difference Encoder (TDE)47 FPGA.
Mba hanamaivanana ny fanjifana herinaratra amin'ny rafitra localization kendrena, dia namolavola sy namolavola ary nampihatra circuit neuromorphic miorina amin'ny RRAM mahomby izahay, izay mandrindra ny fampahalalana famantarana novokarin'ny sensor naorina mba kajy ny toeran'ny zavatra kendrena amin'ny tena izy. fotoana. . Raha ny fomba fanodinana nentim-paharazana dia tsy mitsahatra manao santionany famantarana hita sy manao kajy mba hanesorana vaovao mahasoa, ny vahaolana neuromorphic natolotra dia manao kajy asynchronous rehefa tonga ny fampahalalana mahasoa, mampitombo ny herin'ny rafitra amin'ny halehiben'ny dimy. Ho fanampin'izay, asongadintsika ny fahafahan'ny circuit neuromorphic miorina amin'ny RRAM. Ny fahafahan'ny RRAM manova ny fitondran-tena amin'ny fomba tsy miovaova (plastika) dia manonitra ny fiovaovan'ny toetran'ny synaptic sy neural circuits an'ny DPI analoga ambany. Izany dia mahatonga an'ity faritra miorina amin'ny RRAM ity ho maro be sy mahery. Ny tanjonay dia tsy ny hanesorana asa na lamina saro-takarina avy amin'ny famantarana, fa ny hametraka zavatra amin'ny fotoana tena izy. Ny rafitray koa dia afaka manindry tsara ny famantarana ary amin'ny farany dia mandefa izany amin'ny dingana fanodinana bebe kokoa mba handraisana fanapahan-kevitra sarotra kokoa rehefa ilaina izany. Ao anatin'ny tontolon'ny fampiharana localization, ny dingana preprocessing neuromorphic dia afaka manome fampahalalana momba ny toerana misy zavatra. Ity fampahalalana ity dia azo ampiasaina, ohatra, mba hamantarana ny fihetsika na ny famantarana ny fihetsika. Antitranterinay ny maha-zava-dehibe ny fampifangaroana ireo sensor-tena faran'izay ambany toy ny pMUT miaraka amin'ny fitaovana elektronika faran'izay ambany. Noho izany, ny fomba fiasa neuromorphic dia tena zava-dehibe satria izy ireo dia nitarika antsika hamolavola fomba fiasa vaovao amin'ny fomba kajy biolojika toy ny modely Jeffress. Ao anatin'ny tontolon'ny fampiharana fusion sensor, ny rafitray dia azo atambatra amin'ny sensor mifototra amin'ny hetsika maro samihafa mba hahazoana fampahalalana marina kokoa. Na dia mahay mitady remby ao anaty haizina aza ny vorondolo, dia manana maso tsara izy ary manao fikarohana miaraka amin'ny maso sy ny maso alohan'ny hisambotra remby70. Rehefa mirehitra ny neuron iray amin'ny fihainoana manokana, dia mahazo ny vaovao ilainy ny vorondolo mba hamaritana ny lalana hanombohana ny fikarohana hita maso, ka mampifantoka ny sainy amin'ny ampahany kely amin'ny sehatra hita maso. Ny fitambaran'ny fakan-tsary (fakan-tsary DVS) sy ny fitaovana fihainoana natolotra (mifototra amin'ny pMUT) dia tokony hojerena amin'ny fampivoarana ireo mpiasa tsy miankina amin'ny ho avy.
Ny sensor pMUT dia hita amin'ny PCB misy mpandray roa eo amin'ny 10 sm eo ho eo, ary eo anelanelan'ireo mpandray. Amin'ity asa ity, ny membrane tsirairay dia rafitra bimorph mihantona misy sosona roa piezoelectric aluminium nitride (AlN) 800 nm matevina voapetaka eo anelanelan'ny telo sosona molybdène (Mo) 200 nm matevina ary voasarona amin'ny sosona 200 nm matevina. ny sosona SiN passivating ambony araka ny voalaza ao amin'ny reference. 71. Ny electrodes anatiny sy ivelany dia ampiharina amin`ny ambany sy ambony sosona ny molybdène, raha ny afovoany molybdène electrode dia unpatterned ary ampiasaina ho toy ny tany, ka nahatonga ny membrane misy efatra tsiroaroa ny electrodes.
Ity maritrano ity dia mamela ny fampiasana ny deformation amin'ny membrane mahazatra, ka manatsara ny fampitana sy ny fahatsapana. Ny pMUT toy izany dia mazàna dia mampiseho fahatsapana fientanam-po amin'ny 700 nm / V ho toy ny emitter, manome tsindry amin'ny 270 Pa / V. Amin'ny maha-receiver azy, ny sarimihetsika pMUT iray dia mampiseho fahatsapan-tena fohy amin'ny 15 nA / Pa, izay mifandray mivantana amin'ny coefficient piezoelectric an'ny AlN. Ny fiovaovan'ny teknikan'ny voltora ao amin'ny sarin'ny AlN dia mitarika amin'ny fiovan'ny fatran'ny resonant, izay azo onitra amin'ny fampiharana ny fitongilanana DC amin'ny pMUT. Ny fahatsapana DC dia refesina amin'ny 0.5 kHz / V. Ho an'ny mari-pamantarana acoustic dia misy mikrô ampiasaina eo anoloan'ny pMUT.
Mba handrefesana ny pulse echo dia nametraka takelaka mahitsizoro misy faritra manodidina ny 50 cm2 eo anoloan'ny pMUT izahay mba hitaratra ny onjam-peo mivoaka. Na ny elanelana misy eo amin'ny takelaka sy ny zoro mifandraika amin'ny fiaramanidina pMUT dia fehezina amin'ny fampiasana mpihazona manokana. Ny loharanom-bolan'ny Tectronix CPX400DP dia mitongilana telo pMUT membranes, mametaka ny fatran'ny resonant amin'ny 111.9 kHz31, raha ny mpandefa kosa dia entin'ny mpamokatra pulse Tectronix AFG 3102 miompana amin'ny fatran'ny resonant (111.9 kHz) ary ny tsingerin'ny adidy 0.01. Ny tondra-drano vakiana avy amin'ny seranan-tsambo efatra amin'ny mpandray pMUT tsirairay dia avadika ho voltora amin'ny alàlan'ny mari-pandrefesana manokana sy voltora samihafa, ary ny famantarana aterak'izany dia novaina amin'ny alàlan'ny rafitra fanangonana data Spektrum. Ny fetran'ny fitsirihana dia nasongadina tamin'ny fahazoana mari-pamantarana pMUT amin'ny toe-javatra samihafa: nafindranay tany amin'ny halavirana samihafa [30, 40, 50, 60, 80, 100] cm ny reflector ary nanova ny zoro fanohanana pMUT ([0, 20, 40] o ) Ny sary 2b dia mampiseho ny famahana ny fitiliana ITD ara-potoana arakaraka ny toerana misy zoro mifanaraka amin'ny mari-pahaizana.
Ity lahatsoratra ity dia mampiasa circuit RRAM roa samy hafa ivelan'ny talantalana. Ny voalohany dia andiana fitaovana 16,384 (16,000) (128 × 128 fitaovana) amin'ny fanamafisana 1T1R misy transistor iray sy resistor iray. Ny chip faharoa dia ny sehatra neuromorphic aseho amin'ny sary 4a. Ny sela RRAM dia misy sarimihetsika HfO2 matevina 5 nm mipetaka ao anaty stack TiN / HfO2 / Ti / TiN. Ny stack RRAM dia tafiditra ao amin'ny back-of-line (BEOL) amin'ny dingana CMOS 130nm mahazatra. Ny circuit neuromorphic mifototra amin'ny RRAM dia manolotra fanamby ho an'ny rafitra elektronika analog rehetra izay iarahan'ny fitaovana RRAM miaraka amin'ny teknolojia CMOS nentim-paharazana. Indrindra indrindra, tsy maintsy vakiana sy ampiasaina ho fari-pandaminana ho an'ny rafitra ny toetry ny fampitana ny fitaovana RRAM. Ho an'ity tanjona ity, dia namboarina, namboarina ary nosedraina ny fizaran-tany iray izay mamaky ny zotra avy amin'ny fitaovana rehefa voaray ny pulso fampidirana ary mampiasa an'io kojakoja io mba handanjana ny valin'ny synapse integrator differential pair (DPI). Ity fizaran-tany ity dia aseho amin'ny sary 3a, izay maneho ireo singa fototra amin'ny sehatra neuromorphic amin'ny sary 4a. Ny fidiran'ny pulse dia manetsika ny vavahadin'ny fitaovana 1T1R, mampirisika ny courant amin'ny alalan'ny RRAM mifanandrify amin'ny conductance G (Iweight = G(Vtop – Vx)). Ny fampidiran-drivotra mivadika amin'ny faritra fanamafisam-peo (op-amp) dia manana voltase mitongilana DC tsy tapaka Vtop. Ny valin-kafatra ratsy an'ny op-amp dia hanome Vx = Vtop amin'ny alàlan'ny fanomezana zotra mitovy amin'ny M1. Ny Iweight ankehitriny nalaina avy amin'ny fitaovana dia ampidirina ao amin'ny synapse DPI. Ny kojakoja matanjaka kokoa dia miteraka depolarization bebe kokoa, noho izany ny conductance RRAM dia mampihatra tsara ny lanjan'ny synaptic. Ity zotra synaptic exponential ity dia ampidirina amin'ny alàlan'ny capacitor membrane an'ny neurons Leaky Integration and Excitation (LIF), izay ampidirina ho toy ny voly. Raha resy ny voltase tokonam-baravaran'ny membrane (ny bolts switching an'ny inverter), dia alefa ny ampahany amin'ny neuron, ka miteraka spike. Miverina io pulse io ary manilika ny kapasitera membrane an'ny neuron mankany amin'ny tany, ka mahatonga azy hivoaka. Ity fizaran-tany ity dia ampitomboina amin'ny fanitarana pulse (tsy aseho amin'ny sary 3a), izay mamolavola ny pulse output an'ny neuron LIF amin'ny sakan'ny pulse kendrena. Multiplexers koa dia natsangana ho an'ny andalana tsirairay, mamela ny voltase ho ampiharina amin'ny ambony sy ambany electrodes ny fitaovana RRAM.
Ny fitiliana elektrika dia misy ny famakafakana sy firaketana ny fihetsika mavitrika amin'ny circuit analog, ary koa ny fandaharana sy ny famakiana fitaovana RRAM. Ireo dingana roa ireo dia mitaky fitaovana manokana, izay mifandray amin'ny solaitrabe sensor amin'ny fotoana iray ihany. Ny fidirana amin'ny fitaovana RRAM amin'ny circuit neuromorphic dia atao amin'ny fitaovana ivelany amin'ny alàlan'ny multiplexer (MUX). Ny MUX dia manasaraka ny sela 1T1R amin'ny sisa amin'ny faritra misy azy, mamela ny fitaovana hovakiana sy/na fandaharana. Mba handrindrana sy hamakiana ireo fitaovana RRAM, dia misy milina Keithley 4200 SCS ampiasaina miaraka amin'ny microcontroller Arduino: ny voalohany ho an'ny famokarana pulse marina sy ny famakiana ankehitriny, ary ny faharoa ho an'ny fidirana haingana amin'ny singa 1T1R tsirairay ao amin'ny fitadidiana. Ny asa voalohany dia ny mamorona ny fitaovana RRAM. Ny sela dia voafantina tsirairay ary ny voltase tsara dia ampiharina eo anelanelan'ny electrodes ambony sy ambany. Amin'ity tranga ity, ny ankehitriny dia voafetra ho an'ny am-polony microamperes noho ny famatsiana ny vavahady malefaka malefaka ny selector transistor. Ny sela RRAM dia afaka mivezivezy eo anelanelan'ny fanjakana ambany conductive (LCS) sy ny fanjakana mitondra avo (HCS) amin'ny fampiasana RESET sy SET asa. Ny fiasan'ny SET dia atao amin'ny alàlan'ny fampiharana ny pulsation rectangular voltage miaraka amin'ny faharetan'ny 1 μs ary ny tampon'ny tampon'ny 2.0-2.5 V amin'ny electrode ambony, ary ny sync pulse amin'ny endrika mitovy amin'ny tampony 0.9-1.3 V hatramin'ny 0.9-1.3 V. ny vavahadin'ny transistor selector. Ireo soatoavina ireo dia mamela ny fanodinana RRAM conductance amin'ny elanelana 20-150 µs. Ho an'ny RESET, 1 µs ny sakany, 3 V peak pulse dia ampiharina amin'ny electrode ambany (bit line) amin'ny sela rehefa eo amin'ny 2.5-3.0 V ny voltase vavahady. . Ho fampidiran-dresaka dia nampifandray ireo mpamokatra pulsa HP 8110 roa miaraka amin'ny mpamokatra famantarana Tektronix AFG3011 izahay. Ny fidiran'ny pulse dia manana sakan'ny 1 µs ary 50 ns ny sisiny ambony / fianjerana. Ity karazana pulse ity dia heverina ho glitch mahazatra amin'ny circuits mifototra amin'ny glitch analog. Raha ny famantarana ny vokatra dia noraketina tamin'ny alalan'ny Teledyne LeCroy 1 GHz oscilloscope ny famantarana mivoaka. Ny hafainganam-pandehan'ny oscilloscope dia voaporofo fa tsy mametra ny famakafakana sy ny fahazoana ny angon-drakitra.
Ny fampiasana ny dinamikan'ny elektronika analogue mba hanahafana ny fihetsiky ny neuron sy ny synapses dia vahaolana kanto sy mahomby hanatsarana ny fahombiazan'ny kajy. Ny fatiantoka amin'ity underlay computational ity dia ny fiovaovan'ny rafitra tsirairay. Nohararaotinay ny fiovaovan'ny neurons sy ny synaptika (fanampiny sary 2a, b). Amin'ireo fisehoan'ny fiovaovana rehetra, ireo mifandray amin'ny tsy miovaova ny fotoana sy ny fahazoana miditra dia manana fiantraikany lehibe indrindra amin'ny haavon'ny rafitra. Ny fotoana tsy miovaova amin'ny neuron LIF sy ny synapse DPI dia faritana amin'ny alàlan'ny circuit RC, izay ny sandan'ny R dia fehezin'ny voltase mitongilana ampiharina amin'ny vavahadin'ny transistor (Vlk ho an'ny neuron sy Vtau ho an'ny synapse), mamaritra ny tahan'ny leakage. Ny tombony amin'ny fidirana dia faritana ho ny tampony faran'izay tratra amin'ny capacitors synaptic sy neuronal membrane atosiky ny pulse fampidirana. Ny tombony miditra dia fehezin'ny transistor mitongilana iray hafa izay manova ny fidiran'ny ankehitriny. Ny simulation Monte Carlo nohavaozina tamin'ny dingana 130nm ST Microelectronics dia natao mba hanangonana ny tombony miditra sy ny antontan'isa tsy tapaka. Ny valiny dia aseho ao amin'ny sary fanampiny 2, izay ahitana ny tombony miditra sy ny tsy tapaka ny fotoana dia isaina ho toy ny fiasan'ny voltase mitongilana mifehy ny tahan'ny leakage. Ny marika maitso dia mamaritra ny fivilian-dàlana mahazatra amin'ny fotoana tsy miova amin'ny salan'isa. Ny neurons sy ny synaptic circuits dia samy afaka naneho ny faharetan'ny fotoana isan-karazany ao anatin'ny 10-5-10-2 s, araka ny aseho amin'ny drafitra fanampiny. Ny fanamafisana ny fampidirana (sary fanampiny 2e, d) ny fiovaovan'ny neuronal sy ny synapse dia manodidina ny 8% sy 3%. Ny tsy fahampiana toy izany dia voarakitra tsara ao amin'ny literatiora: ny fandrefesana isan-karazany dia natao tamin'ny tsipika DYNAP mba hanombanana ny tsy fitoviana eo amin'ny mponina ao amin'ny neurons LIF63. Norefesina ny synapses ao amin'ny chip signal mix BrainScale ary nodinihina ny tsy fitovizan'izy ireo, ary natolotra ny fomba fanaovana calibration mba hampihenana ny fiantraikan'ny fiovaovan'ny rafitra64.
Ny asan'ny RRAM amin'ny faritra neuromorphic dia roa sosona: famaritana ara-drafitra (fampidirana mankany amin'ny vokatra) ary fampiharana ny lanja synaptic. Ny fananana farany dia azo ampiasaina hamahana ny olan'ny fiovaovan'ny circuit neuromorphic modely. Namolavola fomba fanaovana calibration tsotra izahay izay misy ny fampandehanana indray ny fitaovana RRAM mandra-pahafeno fepetra sasany ny faritra anadihadiana. Ho an'ny fidirana nomena dia araha-maso ny vokatra ary averina averina ny RRAM mandra-pahatongan'ny fitondrantena kendrena. Ny fotoana fiandrasana 5s dia nampidirina teo anelanelan'ny hetsika fandaharana mba hamahana ny olan'ny fialan-tsasatra RRAM izay miteraka fiovaovan'ny conductance mandalo (Fampahalalana fanampiny). Ny lanjan'ny synaptic dia amboarina na voalamina araka ny fepetra takian'ny circuit neuromorphic amboarina. Ny fomba fanaovana calibration dia voafintina ao amin'ny algorithm fanampiny [1, 2] izay mifantoka amin'ny singa fototra roa amin'ny sehatra neuromorphic, ny tsipika fanemorana ary ny CD tsy misy toromarika. Ho an'ny faritra misy tsipika misy fahatarana, ny fihetsika kendrena dia ny manome pulso mivoaka miaraka amin'ny fahatarana Δt. Raha latsaky ny sanda kendrena ny fahatarana ny faritra tena izy, dia tokony hahena ny lanjan'ny synaptic an'ny G3 (Tokony hamerenana ny G3 ary apetraka amin'ny Icc ankehitriny mifanaraka amin'izany). Mifanohitra amin'izany, raha lehibe noho ny sanda kendrena ny fahatarana, dia tsy maintsy ampitomboina ny fitondran'ny G3 (tsy maintsy averina aloha ny G3 ary apetraka amin'ny sanda Icc ambony kokoa). Ity dingana ity dia miverimberina mandra-pahatongan'ny fahatarana ateraky ny fizaran-tany mifanandrify amin'ny sandan'ny kendrena ary misy fandeferana apetraka hampiato ny fizotran'ny calibration. Ho an'ny CD tsy misy orientation, fitaovana RRAM roa, G1 sy G3, no tafiditra amin'ny dingan'ny calibration. Ity faritra ity dia misy fampidirana roa, Vin0 sy Vin1, tara amin'ny dt. Ny fizaran-tany dia tsy tokony hamaly afa-tsy ny fahatarana eo ambanin'ny elanelana mifanandrify [0,dtCD]. Raha tsy misy tampon'ny vokatra, fa akaiky ny tampon'ny fidirana, dia tokony hamporisihina ireo fitaovana RRAM roa ireo mba hanampiana ny neuron hahatratra ny tokonam-baravarana. Mifanohitra amin'izany kosa, raha mamaly fahatarana mihoatra ny fetran'ny dtCD ny faritra, dia tsy maintsy ahena ny conductance. Avereno izany mandra-pahazoana ny fitondran-tena marina. Ny fanarahan-dalàna dia azo ovaina amin'ny alàlan'ny circuit analog naorina ao ref. 72.73. Amin'ny alalan'ity faritra voaorina ity, ny fomba fiasa toy izany dia azo atao tsindraindray mba hanamarinana ny rafitra na hampiasa azy indray amin'ny fampiharana hafa.
Manombana ny fanjifana herinaratra amin'ny fomba fanodinana famantarana neuromorphic amin'ny microcontroller68 mahazatra 32-bit. Amin'ity fanombanana ity dia ataontsika ny miasa miaraka amin'ny fananganana mitovy amin'ny ato amin'ity taratasy ity, miaraka amin'ny mpandefa pMUT iray ary mpandray pMUT roa. Ity fomba ity dia mampiasa sivana bandpass, arahin'ny dingan'ny fitrandrahana valopy (Teeger-Kaiser), ary farany dia ampiharina amin'ny mari-pamantarana ny hetsika fanidiana mba hanesorana ny fotoana sidina. Ny kajikajy ny ITD sy ny fiovam-pony ho amin'ny zoro fitiliana dia nesorina tao amin'ny fanombanana. Heverintsika ny fampiharana sivana fandalovan'ny tarika amin'ny fampiasana sivana valin-kafatra tsy manam-petra faha-4 izay mitaky asa mitsingevana 18. Ny fitrandrahana valopy dia mampiasa hetsika mitsingevana telo hafa, ary ny fandidiana farany dia ampiasaina mba hametrahana ny tokonam-baravarana. Hetsika mitsingevana miisa 22 no ilaina mba hanodinana mialoha ny famantarana. Ny mari-pamantarana alefa dia fipoahana fohy amin'ny onjam-peo sinema 111.9 kHz izay vokarina isaky ny 10 ms ka miteraka matetika fampandehanana 100 Hz. Nampiasa santionany 250 kHz izahay mba hifanaraka amin'ny Nyquist sy varavarankely 6 ms isaky ny fandrefesana tsirairay mba hahazoana 1 metatra. Mariho fa ny 6 milisegondra dia ny fotoana sidina amin'ny zavatra iray izay 1 metatra miala. Izany dia manome fanjifana herinaratra 180 µW ho an'ny fiovam-po A/D amin'ny 0.5 MSPS. Ny fanodinana famantarana dia 6.60 MIPS (torolalana isan-tsegondra), miteraka 0.75 mW. Na izany aza, ny microcontroller dia mety mifindra amin'ny fomba ambany hery 69 rehefa tsy mandeha ny algorithm. Ity fomba ity dia manome fanjifana herinaratra static amin'ny 10.8 μW ary fotoana fifohazana 113 μs. Raha omena ny famantaran'ny famantaranandro 84 MHz, ny microcontroller dia mamita ny asa rehetra amin'ny algorithm neuromorphic ao anatin'ny 10 ms, ary ny algorithm dia manisa tsingerin'ny adidy amin'ny 6.3%, noho izany dia mampiasa maody herinaratra ambany. 244.7 μW ny fiparitahan'ny herinaratra. Mariho fa avelantsika ny vokatra ITD avy amin'ny ToF sy ny fiovam-po amin'ny zoro fitiliana, ka manamaivana ny fanjifana herinaratra an'ny microcontroller. Izany dia manome lanja fanampiny ho an'ny fahombiazan'ny angovo amin'ny rafitra natolotra. Ho toy ny fepetra fampitahana fanampiny, dia manombana ny fanjifana herinaratra amin'ny fomba fanamboarana beamforming klasika natolotra ao amin'ny reference. 31.54 rehefa tafiditra ao amin'ny microcontroller68 mitovy amin'ny famatsiana 1.8V. Ny fonon'ny pMUT dimy mitovy elanelana dia ampiasaina hahazoana angon-drakitra ho an'ny beamforming. Raha ny momba ny fanodinana azy dia ny fomba famotehana beamforming ampiasaina dia ny famintinana ny fahatarana. Izany dia ahitana fotsiny ny fampiharana ny fanemorana amin'ny lalana izay mifanaraka amin'ny andrasana ny fahasamihafana eo amin'ny fotoana hahatongavana eo amin'ny lalana iray sy ny tondro lalana. Raha mandeha amin'ny dingana ny famantarana dia hanana angovo avo ny fitambaran'ireo famantarana ireo aorian'ny fiovan'ny fotoana. Raha tsy ao anatin'ny dingana izy ireo, ny fitsabahana manimba dia hametra ny angovo azony. miaraka amin'olona. Ao amin'ny fig. 31, ny tahan'ny sampling amin'ny 2 MHz dia voafantina hanovana fotoana ny angona amin'ny isa integer ny santionany. Ny fomba tsotra kokoa dia ny fitazonana ny tahan'ny santionany amin'ny 250 kHz ary ny fampiasana sivana Finite Impulse Response (FIR) mba hamoronana fahatarana ampahany. Heverintsika fa ny fahasarotan'ny algorithm beamforming dia voafaritra indrindra amin'ny fiovan'ny fotoana, satria ny fantsona tsirairay dia mifamatotra amin'ny sivana FIR misy paompy 16 isaky ny lalana. Mba hanaovana kajy ny isan'ny MIPS ilaina amin'ity asa ity, dia diniho ny varavarankely 6ms isaky ny fandrefesana mba hisambotra isan-karazany 1 metatra, 5 fantsona, 11 beamforming directions (range +/- 50 ° amin'ny 10 ° dingana). Ny fandrefesana 75 isan-tsegondra dia nanosika ny microcontroller ho amin'ny 100 MIPS ambony indrindra. Rohy. 68, izay niteraka fahatapahan-jiro 11.26 mW ho an'ny fahatapahan-jiro manontolo 11.71 mW taorian'ny nampiana ny fandraisana anjara ADC.
Ny angon-drakitra manohana ny valin'ity fanadihadiana ity dia azo avy amin'ny mpanoratra tsirairay avy, FM, raha ilaina ny fangatahana.
Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y. Ny maha-zava-dehibe ny habaka sy ny fotoana ho an'ny fanodinana famantarana amin'ny mpiasan'ny neuromorphic: Ny fanamby amin'ny fampivoarana ny hery ambany, ny mpiasa tsy miankina izay mifandray amin'ny tontolo iainana. Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y. Ny maha-zava-dehibe ny habaka sy ny fotoana ho an'ny fanodinana famantarana amin'ny mpiasan'ny neuromorphic: Ny fanamby amin'ny fampivoarana ny hery ambany, ny mpiasa tsy miankina izay mifandray amin'ny tontolo iainana.Indiveri G. sy Sandamirskaya Y. Ny maha-zava-dehibe ny habaka sy ny fotoana ho an'ny fanodinana famantarana amin'ny mpiasan'ny neuromorphic: ny fanamby amin'ny fampivoarana ireo mpiasan'ny tsy miankina ambany dia mifandray amin'ny tontolo iainana. Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y.理的挑战。 Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y.Indiveri G. sy Sandamirskaya Y. Ny maha-zava-dehibe ny habaka sy ny fotoana ho an'ny fanodinana famantarana amin'ny mpiasan'ny neuromorphic: ny fanamby amin'ny fampivoarana ireo mpiasan'ny tsy miankina ambany dia mifandray amin'ny tontolo iainana.Fanodinana famantarana IEEE. Diary 36, 16–28 (2019).
Thorpe, SJ Tendrombohitra tonga fotoana: Tetika fandrindrana tambajotra neural mahomby. ao amin'ny Eckmiller, R., Hartmann, G. & Hauske, G. (eds). ao amin'ny Eckmiller, R., Hartmann, G. & Hauske, G. (eds).ao amin'ny Eckmiller, R., Hartmann, G. ary Hauske, G. (eds.).Ao amin'ny Eckmiller, R., Hartmann, G., ary Hauske, G. (eds.). Fikarakarana parallèle amin'ny rafitra neural sy solosaina 91-94 (North-Holland Elsevier, 1990).
Levy, WB & Calvert, VG Communication dia mandany angovo avo 35 heny noho ny kajy ao amin'ny cortex olombelona, ​​saingy ilaina ny vidiny mba haminavina ny isa synapse. Levy, WB & Calvert, VG Communication dia mandany angovo avo 35 heny noho ny kajy ao amin'ny cortex olombelona, ​​saingy ilaina ny vidiny mba haminavina ny isa synapse.Levy, WB ary Calvert, WG Communication dia mandany angovo avo 35 heny noho ny kajy ao amin'ny cortex olombelona, ​​saingy ilaina ny vola roa mba haminavina ny isan'ny synapses. 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测突触数量。 Levy, WB & Calvert, VG CommunicationLevy, WB ary Calvert, WG Communication dia mandany angovo avo 35 heny noho ny kajy ao amin'ny cortex olombelona, ​​​​saingy samy mila maminavina ny isan'ny synapses ny vidiny.dingana. Akademia nasionaly momba ny siansa. ny siansa. US 118, https://doi.org/10.1073/pnas.2008173118 (2021).
Dalgaty, T., Vianello, E., De Salvo, B. & Casas, J. Insect-inspired neuromorphic computing. Dalgaty, T., Vianello, E., De Salvo, B. & Casas, J. Insect-inspired neuromorphic computing.Dalgati, T., Vianello, E., DeSalvo, B. ary Casas, J. Insect-inspired neuromorphic computing.Dalgati T., Vianello E., DeSalvo B. ary Casas J. Insect-inspired neuromorphic computing. Current. Hevitra. Siansa momba ny bibikely. 30, 59–66 (2018).
Roy, K., Jaiswal, A. & Panda, P. Mankany amin'ny faharanitan-tsaina mifototra amin'ny spike miaraka amin'ny computing neuromorphic. Roy, K., Jaiswal, A. & Panda, P. Mankany amin'ny faharanitan-tsaina mifototra amin'ny spike miaraka amin'ny computing neuromorphic. Roy, K., Jaiswal, A. & Panda, P. Mankany amin'ny faharanitan-tsaina amin'ny milina mifototra amin'ny Spike miaraka amin'ny informatika Neuromorphic.Roy K, Jaiswal A, ary Panda P. Famantarana artifisialy mifototra amin'ny Pulse mampiasa informatika neuromorphic. Natiora 575, 607–617 (2019).
Indiveri, G. & Liu, S.-C. Indiveri, G. & Liu, S.-C.Indiveri, G. ary Liu, S.-K. Indiveri, G. & Liu, S.-C. Indiveri, G. & Liu, S.-C.Indiveri, G. ary Liu, S.-K.Fahatsiarovana sy fanodinana fampahalalana amin'ny rafitra neuromorphic. dingana. IEEE 103, 1379–1397 (2015).
Akopyan F. et al. Truenorth: Famolavolana sy fitaovana ho an'ny chip synaptic programmable neuron 65 mW 1 tapitrisa. Ireo singa mifandraika amin'ny IEEE. Famolavolana informatika amin'ny rafitra circuit integrated. 34, 1537–1557 (2015).
Schemmel, J. et al. Demo mivantana: dika midina ny rafitra neuromorphic BrainScaleS amin'ny maridrefy takelaka. 2012 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), (IEEE ed.) 702–702 (2012).
Moradi, S., Qiao, N., Stefanini, F. & Indiveri, G. Architecture multicore scalable miaraka amin'ny rafitra fitadidiana heterogène ho an'ny dynamic neuromorphic asynchronous processeur (DYNAPs). Moradi, S., Qiao, N., Stefanini, F. & Indiveri, G. Architecture multicore scalable miaraka amin'ny rafitra fitadidiana heterogène ho an'ny dynamic neuromorphic asynchronous processeur (DYNAPs).Moradi S., Qiao N., Stefanini F. ary Indiviri G. Architecture multicore scalable miaraka amin'ny rafitra fitadidiana heterogène ho an'ny dynamic neuromorphic asynchronous processeur (DYNAP). Moradi, S.、Qiao, N.、Stefanini, F. & Indiveri, G.存结构。 Moradi, S., Qiao, N., Stefanini, F. & Indiveri, G. Karazana maritrano maro-fototra azo itarina, miaraka amin'ny rafitra fitadidiana tokana ho an'ny fanodinana neural mavitrika (DYNAP).Moradi S., Qiao N., Stefanini F. ary Indiviri G. Architecture multicore scalable miaraka amin'ny rafitra fitadidiana heterogène ho an'ny dynamic neuromorphic asynchronous processeur (DYNAP).Transactions IEEE momba ny siansa biomedical. rafitra elektrika. 12, 106–122 (2018).
Davis, M. et al. Loihi: Processeur multi-core neuromorphic miaraka amin'ny fianarana tafiditra. IEEE Micro 38, 82–99 (2018).
Furber, SB, Galluppi, F., Temple, S. & Plana, LA Ny tetikasa SpiNNaker. Furber, SB, Galluppi, F., Temple, S. & Plana, LA Ny tetikasa SpiNNaker.Ferber SB, Galluppi F., Temple S. ary tetikasa LA SpiNNaker Plana.Ferber SB, Galluppi F., Temple S. ary tetikasa LA SpiNNaker Plana. dingana. IEEE 102, 652–665 (2014).
Liu, S.-K. & Delbruck, T. Neuromorphic sensory systems. & Delbruck, T. Neuromorphic sensory systems.ary Delbrück T. Neuromorphic sensory systems. & Delbruck, T. 神经形态感觉系统。 & Delbruck, T.ary Delbrück T. Neuromorphic sensory system.Current. Hevitra. Neurobiology. 20, 288–295 (2010).
Chope, T. et al. Fampidirana sensory neuromorphic ho an'ny fanamafisam-peo mitambatra sy ny fisorohana ny fifandonana. Tamin'ny 2019 tao amin'ny Conference IEEE on Biomedical Circuits and Systems (BioCAS), (IEEE Ed.) 1–4 (2019).
Risi, N., Aimar, A., Donati, E., Solinas, S. & Indiveri, G. Architecture neuromorphic miorina amin'ny spike amin'ny fahitana stereo. Risi, N., Aimar, A., Donati, E., Solinas, S. & Indiveri, G. Architecture neuromorphic miorina amin'ny spike amin'ny fahitana stereo.Risi N, Aymar A, Donati E, Solinas S, ary Indiveri G. Architecture stereovision neuromorphic miorina amin'ny 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, ary Indiveri G. Architecture neuromorphic mifototra amin'ny Spike ho an'ny fahitana stereo.anoloana. Neurorobotics 14, 93 (2020).
Osswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R. & Indiveri, G. Modely tambajotra neural spiking amin'ny 3Dperception ho an'ny rafi-pahitana stereomorphic mifototra amin'ny hetsika. Osswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R. & Indiveri, G. Modely tambajotra neural spiking amin'ny 3Dperception ho an'ny rafi-pahitana stereomorphic mifototra amin'ny hetsika.Oswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R., ary Indiveri, G. Modely 3D Pulsed Neural Network Perception ho an'ny rafitra fahitana stereomorphic stereomorphic mifototra amin'ny hetsika. Osswald, M., Ieng, S.-H., Benosman, R. & Indiveri, G. 基于事件的神经形态立体视觉系统的3Dperception 脉冲神经网。 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., ary Indiveri, G. Spiked 3Dperception Neural Network Modely ho an'ny rafitra fahitana stereomorphic stereomorphic mifototra amin'ny hetsika.ny siansa. Tatitra 7, 1–11 (2017).
Dalgaty, T. et al. Ahitana fitadidiana manohitra sy tambazotra neural mipoaka ny fandrefesana hetsika fototra aingam-panahy avy amin'ny bibikely. Ny rafitra biohybrid bionic. 10928, 115–128 (2018).
D'Angelo, G. et al. Famantarana hetsika hafahafa mifototra amin'ny hetsika amin'ny alàlan'ny kaody differential temporal. anoloana. Neurology. 14, 451 (2020).