基于忆阻器的神经网络稳态可塑性的实现及应用

发布时间：2021-11-29 00:49

　　忆阻器是一种阻值能随外部激励信号改变,具备非易失性的新型电子元件。由于忆阻器具有阻值可变、非易失、功耗低以及纳米级尺寸等特点,在存储、逻辑计算、神经形态计算等领域都具备非常好的应用前景。稳态可塑性来源于神经系统,是一种能够维持神经系统稳定的重要调节机制,并得到了计算机科学领域的广泛应用。本文以神经网络稳态可塑性为研究中心,针对其电路设计所面临的瓶颈问题和当前研究空白,从以下几个方面展开工作:介绍忆阻器的基本概念,并以HP忆阻器模型为例阐述了忆阻的三大本质特性。详细介绍了研究界较为认可的VTEAM忆阻器模型,并利用该模型对基于AIST的忆阻进行了建模。结合物理材料的合理性及生物忆阻的发现,将稳态可塑性机制引入忆阻器数学模型,使忆阻器阈值能够根据稳态可塑性自适应调节。将提出的通用数学模型引入三种忆阻模型,并提出了相应的SPICE模型,便于进行电路仿真。利用基于TiO₂的忆阻模型并结合CMOS器件搭建具有稳态可塑性的基本神经元电路,该神经元不仅具备神经元的累计兴奋放电的基本特性,还能够自适应调节兴奋频率使其保持在神经元固有兴奋频率范围内。在此基础上,结合上文所提出的阈值... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

生物中的神经元、突触结构

图 2.3 不同 P 值下的窗函数图像献[53]以上述的 HP 忆阻器为例，给出了忆阻的三个本质特征，可以通过特征来判断器件是否属于忆阻。这三个本质特征分别为：(1) 当一个双极施加在忆阻两端时，器件的伏安特性曲线为一条在原点紧缩的紧磁滞回线有周期性；(2) 从临界频率开始，随施加信号频率的增高，磁滞旁瓣面积

并且随着偏置的增加伏安特性曲线逆时针旋转一定角度。结合图2.4 (a)和(b)可以印证上文提到的忆阻本质特性之一，当施加刺激信号为周期信号时，忆阻的伏安特性曲线为在原点紧缩的紧磁滞回线。图 2.4 (c)所示为施加具有不同 的电流信号时，HP 忆阻的伏安特性曲线。根据仿真结果我们可以看出，随着施加电流信号的频率增加，忆阻的伏安特性曲线的旁瓣面积减小，紧磁滞回线特性向内收缩，由此印证了上述中忆阻的三大特性之二。图 2.4 (d)所示为当施加电流信号的频率为 100Hz 时的伏安特性曲线，此时忆阻的紧磁滞回线近似收缩为一条直线，由此印证了上文所述的忆阻三大特性之三。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3525496