基于忆阻器的神经突触学习电路设计

发布时间：2021-01-31 13:16

　　近年来,人们对信息处理技术的要求不断提高,迫切希望实现与人脑相似的低功耗的计算能力,因此神经形态系统的研究得到了广泛的关注。而现有的半导体晶体管的集成度很难进一步提高,这使得基于晶体管的神经形态系统很难扩展到生物学的规模,急需体积更小能耗更低的电子突触器件。忆阻器是一种新型的无源器件,有着类似生物神经系统中突触的特性,还有着纳米级尺寸和低功耗的优点,是实现人工突触的最优选择。基于忆阻器的神经形态系统有望改变现有的信息处理方式。生物在不断的进化中形成了自己独特的学习记忆方式,如习惯化、联想记忆等。用忆阻器作为突触设计电路实现生物的学习方式,可以为进一步实现基于忆阻器的神经形态系统奠定基础。本文深入分析了忆阻器的模型,探究了其忆阻特性,并在此基础上设计了忆阻电路用于模拟生物的学习行为。提出了一个习惯化实现电路,用于模拟海兔缩鳃反射中的习惯化现象;设计了一个联想记忆电路,用于模拟巴甫洛夫实验中的联想记忆;设计了识别召回电路,用于模拟人通过特征识别物体、通过物体联想特征的行为。本文的研究内容包括下面的四个部分。首先,本文分析了几种经典的忆阻器模型。对于离子迁移模型,分析了惠普忆阻器模型,并推导... 

【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 忆阻器概述
        1.1.1 忆阻器理论
        1.1.2 忆阻器特性
        1.1.3 忆阻器应用
    1.2 突触可塑性与生物的学习方式
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 忆阻器模型研究现状
        1.3.2 忆阻突触学习电路研究现状
    1.4 论文研究意义
    1.5 论文主要工作及结构
第二章 忆阻器模型分析
    2.1 离子迁移模型
        2.1.1 线性离子迁移模型
        2.1.2 非线性离子迁移模型
    2.2 阈值模型
        2.2.1 电压阈值自适应模型
        2.2.2 用于神经网络的阈值模型
    2.3 遗忘模型
        2.3.1 一维遗忘模型
        2.3.2 三维遗忘模型
    2.4 本章小结
第三章 基于惠普忆阻器的习惯化特性实现电路设计
    3.1 海兔缩鳃反射习惯化现象
    3.2 习惯化特性实现电路设计
    3.3 习惯化特性仿真
        3.3.1 短期习惯化
        3.3.2 长期习惯化
        3.3.3 去习惯化
        3.3.4 习惯化的频率依赖性
    3.4 本章小节
第四章 基于遗忘忆阻器的巴甫洛夫联想记忆电路设计
    4.1 巴甫洛夫联想记忆及联想记忆电路
        4.1.1 巴甫洛夫联想记忆
        4.1.2 现有的忆阻联想记忆电路
    4.2 改进的遗忘忆阻器模型
        4.2.1 数学模型
        4.2.2 仿真结果
    4.3 联想记忆电路设计及仿真结果
        4.3.1 联想记忆电路设计
        4.3.2 仿真结果
    4.4 电路的扩展及仿真结果
    4.5 本章小结
第五章 基于遗忘忆阻器的识别召回电路设计
    5.1 神经元模型
    5.2 非条件刺激反馈学习规则
    5.3 识别网电路设计及仿真结果
        5.3.1 识别网电路设计
        5.3.2 识别网电路仿真结果
    5.4 召回网电路设计及仿真结果
        5.4.1 召回网电路设计
        5.4.2 召回网电路仿真结果
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文工作总结
    6.2 未来工作方向
参考文献
致谢
攻读硕士期间已发表的学术论文
攻读硕士期间参加的科研项目



本文编号：3010941