3D憶阻器混合芯片面世 實(shí)現(xiàn)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

在加利福尼亞大學(xué)伯克利分校舉行的一次研討會(huì)上，惠普實(shí)驗(yàn)室向我們展示了首個(gè)三維憶阻器混合芯片。憶阻器技術(shù)在惠普實(shí)驗(yàn)室誕生以來(lái)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。

該憶阻器及憶阻系統(tǒng)研討會(huì)是由加利福尼亞大學(xué)，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)共同舉辦。會(huì)上惠普實(shí)驗(yàn)室(位于加州的PaloAlto)提供了該芯片原型的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)：該芯片是惠普實(shí)驗(yàn)室的研究人員QiangfeiXia通過(guò)在一塊CMOS邏輯芯片表面上堆疊憶阻器交叉開(kāi)關(guān)矩陣記憶單元完成的。

惠普實(shí)驗(yàn)室的研究員，同時(shí)也是憶阻系統(tǒng)記憶技術(shù)發(fā)明者StanWilliams表示：“Xia利用壓印光刻技術(shù)將一個(gè)憶阻器交叉開(kāi)關(guān)矩陣堆疊到一塊 CMOS邏輯電路上，從而構(gòu)建了一個(gè)晶體管和憶阻器的集成混合電路。”Williams和惠普的同事GregSnider早些時(shí)候就曾經(jīng)提出通過(guò)將憶阻器交叉開(kāi)關(guān)矩陣置于CMOS晶體管的上面來(lái)實(shí)現(xiàn)FPGA中的配置位。

憶阻器交叉開(kāi)關(guān)矩陣架構(gòu)包括兩個(gè)垂直的金屬線陣列及該兩個(gè)陣列之間的鈦氧化層。其中一個(gè)鈦氧化層摻雜氧空位(oxygenvacancies)，使其成為一種半導(dǎo)體物質(zhì)。相鄰的一層則不摻雜任何物質(zhì)，保持原始狀態(tài)，使其作為一種絕緣體。

同時(shí)對(duì)底層和頂層的交叉開(kāi)關(guān)矩陣金屬線施加一個(gè)特定的電壓，使交叉開(kāi)關(guān)矩陣的交叉點(diǎn)保持在一個(gè)固定電壓，氧空位就會(huì)從摻雜質(zhì)的鈦氧化層流動(dòng)到不含雜質(zhì)的那一層，從而使其開(kāi)始傳導(dǎo)，“打開(kāi)”記憶位開(kāi)關(guān)。通過(guò)改變電流方向，將氧空位轉(zhuǎn)移到含雜質(zhì)的那一層，相當(dāng)于關(guān)上記憶位開(kāi)關(guān)。

Williams表示惠普實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出的基于憶阻器的FPGA充分證明一個(gè)CMOS晶圓廠可以在三維空間上實(shí)現(xiàn)憶阻器和晶體管的集成電路。

此外在研討會(huì)上，Snider提出了在其模擬原型上使用憶阻器作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)突觸的設(shè)計(jì)。Snider聲稱(chēng)憶阻器交叉開(kāi)關(guān)矩陣是唯一具備模擬人類(lèi)神經(jīng)足夠密集度的技術(shù)，并且惠普實(shí)驗(yàn)室的交叉開(kāi)關(guān)矩陣的密度還是人類(lèi)大腦皮層突觸的十倍。通過(guò)在CMOS邏輯芯片上堆疊交叉開(kāi)關(guān)矩陣，變化的電阻可以模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)突觸的學(xué)習(xí)功能。

惠普實(shí)驗(yàn)室和波士頓大學(xué)最近和美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局達(dá)成協(xié)議共同構(gòu)建世界上第一個(gè)基于憶阻器的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

會(huì)議上，美國(guó)加州大學(xué)圣迭戈分校的MassimilianoDiVentra還利用憶阻器解釋了變形蟲(chóng)的生理學(xué)習(xí)機(jī)制，即通過(guò)一個(gè)LC回路和憶阻器來(lái)解釋變形蟲(chóng)如何學(xué)習(xí)改變它們的行為。

DiVentra還通過(guò)證據(jù)證明了微小的憶阻組件同時(shí)也存在于單細(xì)胞和多細(xì)胞生物體中。