3D憶阻器混合芯片面世 實現(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上，惠普實驗室向我們展示了首個三維憶阻器混合芯片。憶阻器技術(shù)在惠普實驗室誕生以來取得了長足的發(fā)展。

該憶阻器及憶阻系統(tǒng)研討會是由加利福尼亞大學(xué)，美國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會和美國國家科學(xué)基金會共同舉辦。會上惠普實驗室(位于加州的PaloAlto)提供了該芯片原型的設(shè)計細(xì)節(jié)：該芯片是惠普實驗室的研究人員QiangfeiXia通過在一塊CMOS邏輯芯片表面上堆疊憶阻器交叉開關(guān)矩陣記憶單元完成的。

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

憶阻器交叉開關(guān)矩陣架構(gòu)包括兩個垂直的金屬線陣列及該兩個陣列之間的鈦氧化層。其中一個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。

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

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

此外在研討會上，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。Snider聲稱憶阻器交叉開關(guān)矩陣是唯一具備模擬人類神經(jīng)足夠密集度的技術(shù)，并且惠普實驗室的交叉開關(guān)矩陣的密度還是人類大腦皮層突觸的十倍。通過在CMOS邏輯芯片上堆疊交叉開關(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。

惠普實驗室和波士頓大學(xué)最近和美國國防高級研究計劃局達(dá)成協(xié)議共同構(gòu)建世界上第一個基于憶阻器的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

會議上，美國加州大學(xué)圣迭戈分校的MassimilianoDiVentra還利用憶阻器解釋了變形蟲的生理學(xué)習(xí)機(jī)制，即通過一個LC回路和憶阻器來解釋變形蟲如何學(xué)習(xí)改變它們的行為。

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