研究内容
近日，浙江大学集成电路学院俞滨教授团队设计了一种基于二维α-In2Se3的人工突触，它在单晶体管设置中表现出集成的感知和内存计算功能，可作为储存器计算的基本构建块。该工作以题为“Multimodal 2D ferroelectric transistor with integrated perception-and-computing-in-memory functions for reservoir computing”发表于Nano Letters（DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c05071）。
本文第一作者为浙江大学集成电路学院博士生周嘉超。该成果得到了国家自然科学基金的资助。
课题亮点
与 CMOS 图像传感器相比，神经形态方法具有并行处理低功耗潜力，提供了一种新的计算范式。二维范德华 (vdW) 铁电半导体α相硒化铟因室温下共存的平面内和平面外铁电性，优异的光学性能和无界面悬空键的特性成为感知和内存计算的有希望的候选材料。在这里，作者展示了基于二维α相铟硒的人工突触，它在紧凑的单晶体管架构中可表现出感知和内存计算功能，作为储存器计算的基本构建块。此外，作者利用该器件实现了具有可调非线性变换和多传感器融合的多模深层储存器计算。在无人驾驶车辆的车道保持辅助任务中，与最先进的图形处理器相比，该系统的能耗降低了约 104 倍，数据吞吐量显著提高。所展示的单晶体管级感知和计算内存功能表明，为脑启发计算实现超可扩展、资源高效的硬件是可行的。
图 论文部分例图
课题背景
动态目标检测和快速时间信息处理对于数据密集型应用至关重要，包括自主导航、语音识别和运动检测。当前的技术，例如互补金属氧化物半导体 (CMOS) 图像传感器，由空间分离的像素阵列、存储器和处理模块组成，这会产生大量冗余数据和功耗。需要具有更先进功能的新功能单元来减少总数据流。此外，由于其固有的局限性，前馈神经网络（例如脉冲神经网络和人工神经网络）不是处理时间相关信号的理想架构。因此，集成感知、记忆和处理多种功能的基本构建块以及适当的神经网络架构已成为重要的研究课题。
研究团队简介
俞滨 浙江大学集成电路学院教授、博士生导师，前沿所所长
加州大学柏克莱分校电子工程博士、微纳电子学专家，浙江大学国际科创中心战略科学家，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。
周嘉超 浙江大学集成电路学院2020级直博生
导师为俞滨教授，研究方向为基于二维材料的神经形态器件及其应用。攻读博士期间作为第一作者已在Advanced Materials、Nano Letters、Advanced Optical Materials、ACS Applied Materials & Interfaces上发表研究论文4篇。
