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课题背景
神经形态计算能够克服传统互补金属氧化物半导体集成电路的物理限制，实现低功耗和高效率的计算。受大脑启发的神经形态计算架构利用人工突触和神经元作为基本工作单元，分别仿真特定的突触可塑性和积分放电功能来实现进一步的系统级协同功能。然而，大多数现有的神经形态器件的功能执行仅限于目标应用，缺乏可重新配置的多功能性来满足动态需求。为满足节能和节省面积的神经形态硬件的需求，需以一体化方式集成多种高级类脑功能的发展。最大限度地分配有限的资源来执行可复制的类脑功能。已有研究学者们开发了具有突触和神经元功能的可重构忆阻器来促进协作神经网络的构建。通过电流调制或者材料工程来在同一结构中表征非易失性和易失性阻变特性，模拟突触可塑性和神经元尖峰。然而树突在神经网络中的计算能力却被忽略。树突是神经元的分支，接收来自其他突触前神经元的动作电位并将动作电位传播到胞体，是赋予神经元信息处理能力的关键构件。具有突触、神经元和树突功能的可重构神经形态单元对于未来神经网络计算芯片的实现具有重要意义。
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研究内容
近日，浙江大学集成电路学院俞滨教授、徐杨教授、张亦舒研究员合作团队，提出一种基于全二维异质结构的可重构神经形态器件，通过配置输出端口，实现人工突触、神经元和树突功能。该工作以题为“Reconfigurable Neuromorphic Computing with 2D Material Heterostructures for Versatile Neural Information Processing”发表于Nano Letters
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课题亮点
在这项工作中，通过将MoS2、石墨烯和hBN集成到晶体管结构中，通过配置端口和多种刺激，实现可切换的神经形态模式。当用作光电晶体管时，采用三端器件来实现突触和树突功能。其中，通过整合兴奋性和抑制性输入来实现树突布尔逻辑运算，并且这些输入可以在时间和空间上与可调强度的光进行整合。此外，神经元功能则在双端忆阻器结构中实现，借助银离子动力学，仿真积分-放电行为。所提出的具有突触、神经元和树突功能的可重构的神经形态单元有望集成在成本显著降低的紧凑硬件中。
俞滨
浙江大学集成电路学院教授
ZJUIC
加州大学柏克莱分校电子工程博士、微纳电子学专家，浙江大学教授/博导，浙江大学国际科创中心战略科学家、未来科学研究院院长，NAI Fellow，IEEE Fellow，荣获IEEE杰出讲座奖和IBM学者奖。研究方向为类脑感知与计算、后摩尔电子学、新一代信息器件、先进微纳集成芯片等。学术经历包括斯坦福大学顾问教授、北京大学客座教授等。在硅基/碳基/低维半导体电子学、新型逻辑/存储器件、碳基互联、纳米传感、二维材料/异质结、微纳智造等领域做出多项原创性成果，发表包括 Nature Electronics、Nature Communications、Science Advances、Matter、Chemical Reviews、Advanced Materials、ACS Nano、IEEE旗舰期刊、IEDM、VLSI Symposium 等顶级国际会议在内300多篇论文，其中4篇入选期刊封面或Highlights。作为众多微纳电子器件和微纳加工技术的发明人，拥有300多项国际发明专利，在微纳电子学领域取得多项世界记录，在IEDM、VLSI Symposium等顶尖国际会议发表论文十余篇，包括全球首个10纳米双栅三维晶体管FinFET（FinFET目前为产业界集成电路芯片主流技术），由于在集成电路缩微化方面的杰出贡献，于2007年当选为IEEE Fellow。受邀在全球高校、企业、国际学术会议做180多场主旨/特邀报告，受聘国际半导体技术路线图（ITRS, 全球半导体产业15年战略技术规划）起草委员会，IEEE EDS和IEEE NTC 执委会，IEEE Fellow评委，IEEE George Smith奖评委，IEEE IEDM技术委员会Chair，IEEE EDL、IEEE T-NANO、IEEE T-ED、Nano-Micro Letters等学术期刊副主编/编辑/特邀编辑，斯坦福大学研究生课程特邀讲员，以及数十个国际学术会议顾问/组委/技术委员会Chair、Co-Chair和成员。
文章来源：浙江大学集成电路学院
