利用 PrMnO3 RRAM 的电热时间尺度实现具有生物脉冲模式的紧凑无时钟神经元
新兴技术
2021-10-27 v1
摘要
脉冲神经网络（SNNs）在神经形态计算领域正获得广泛势头。这些集成了神经元与突触的网络系统通过模仿人脑提供计算效率。人们希望将生物神经元动力学纳入其中，包括代表神经网络内多样大脑活动的复杂脉冲模式。早期的神经元硬件实现（1）因电路设计中大电容而面积密集，（2）神经元脉冲模式是在器件层面以时钟神经元展示的。为获得更真实的生物神经元脉冲行为，新兴忆阻器件被视为有前景的替代方案。本文中，我们提出基于 PrMnO3（PMO）-RRAM 器件的神经元。紧凑 PMO RRAM 器件的电压控制电热时间尺度取代了充电大电容的电气时间尺度。电热时间尺度用于实现具有多个电压控制时间尺度的积分块，并与不应期块耦合以生成生物神经元动力学。此处，首先展示了热器件模型的 Verilog-A 实现，其捕捉了 PMO 器件的电流–温度动力学。其次，设计了驱动电路以模仿皮层神经元的多种脉冲模式，包括固有爆发（IB）和 Chattering（CH）。第三，仿真了神经元电路模型，包含 PMO RRAM 器件模型与驱动电路，以展示异步神经元行为。最后，进行了硬件–软件混合分析，其中实验表征了 PMO RRAM 器件以模仿神经元脉冲动力学。该工作为大规模 SNN 提供了一种可实现且更具生物可比性的硬件高效方案。
引用
@article{arxiv.2108.13389,
title = {Exploiting the Electrothermal Timescale in PrMnO3 RRAM for a compact, clock-less neuron exhibiting biological spiking patterns},
author = {Omkar Phadke and Jayatika Sakhuja and Vivek Saraswat and Udayan Ganguly},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.13389},
year = {2021}
}