对一种动态可重构低温脉冲神经元的设计空间深入探究
神经与进化计算
2023-08-31 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
脉冲神经网络提供了模仿人脑并行性与紧凑性最具生物真实性的途径。脉冲神经元是 SNN 的核心组件，产生信息编码的脉冲。我们对基于超导忆阻器（SM）的电可重构低温神经元进行了全面的设计空间分析。与 SM 并联的超导纳米线（SNW）充当双频振荡器，两个此类振荡器可耦合以设计动态可调的脉冲神经元。此前已提出相同神经元拓扑，其中 SNW 并联固定电阻。以 SM 替代固定电阻提供了额外的调节旋钮，具有 SM 电阻的四种不同组合，将可重构性提升高达约 70%。利用外部偏置电流（Ibias），脉冲频率可被调制高达约 3.5 倍。同时实现了两种不同的脉冲幅度（约 1V 和约 1.8V）。在此，我们进行系统的灵敏度分析，并表明通过选择更高的输入电流强度可进一步调节可重构性。通过执行 500 点蒙特卡洛变异分析，我们发现脉冲幅度比脉冲频率具有更强的变异鲁棒性，且通过选择更高的 Ibias 可进一步改善变异鲁棒性。我们的研究为进一步探索该神经元的材料与电路级改进提供了宝贵见解，有助于神经元电路在系统级的集成。
引用
@article{arxiv.2308.15754,
title = {A Deep Dive into the Design Space of a Dynamically Reconfigurable Cryogenic Spiking Neuron},
author = {Md Mazharul Islam and Shamiul Alam and Catherine D Schuman and Md Shafayat Hossain and Ahmedullah Aziz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.15754},
year = {2023}
}