近日，復(fù)旦大學(xué)芯片與系統(tǒng)前沿技術(shù)研究院在感存算一體智能視覺領(lǐng)域取得重要進展，相關(guān)成果以“Ferroelectric-defined reconfigurable homojunctions for in-memory sensing and computing”為題發(fā)表在Nature Materials上。傳統(tǒng)視覺架構(gòu)包括空間上分離的傳感器、存儲器和計算單元，其中大量原始數(shù)據(jù)在整個信號鏈中的傳輸會導(dǎo)致高能耗和高時間延遲等問題（圖1a）。隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的發(fā)展，人們追求減少或消除傳統(tǒng)架構(gòu)中傳感器、存儲器和處理器之間的數(shù)據(jù)傳輸接口。隨著憶阻材料的出現(xiàn)，將存儲和計算模塊結(jié)合在一起的存內(nèi)計算技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展j9九游會。近年來，受多功能圖像傳感器的啟發(fā)，結(jié)合了傳感功能和計算功能的感內(nèi)計算技術(shù)也得到了廣泛的探索。集合感知、存儲和計算三個功能模塊的感存算一體架構(gòu)更具有吸引力，也更具有挑戰(zhàn)性。為了推動解決這個問題，研究人員利用鐵電疇調(diào)控實現(xiàn)了一種可編程的低維光電二極管陣列，將靈敏的圖像探測、權(quán)值存儲和高級計算的功能集成到了傳感器陣列中。利用低維半導(dǎo)體材料進行光電探測，鐵電柵介質(zhì)的不同鐵電疇狀態(tài)存儲權(quán)重信息，以及不同光電響應(yīng)權(quán)值器件構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)連接進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運算，實現(xiàn)了感存算一體架構(gòu)。鐵電疇調(diào)控的可重構(gòu)光伏型傳感器陣列具有低功耗、低時間延遲、硬件結(jié)構(gòu)簡單等特征，為構(gòu)建感存算一體智能視覺系統(tǒng)提供了新的思路。研究團隊利用鐵電場調(diào)控p-n結(jié)型光電探測器實現(xiàn)了感存算一體視覺系統(tǒng)。將p-n結(jié)結(jié)構(gòu)在光電探測中的優(yōu)勢與鐵電材料在存儲中的優(yōu)勢相結(jié)合，利用光強線性依賴的光電流產(chǎn)生過程（乘法運算）和基爾霍夫電流定律（求和運算）來實現(xiàn)矩陣向量乘積運算（圖1b）?；谏鲜鲈恚鈱W(xué)圖像信息可被鐵電疇調(diào)控的感存算一體智能視覺芯片直接探測和識別，無需外部存儲或處理單元，從而實現(xiàn)低延時和高能效。團隊研究了鐵電局域場調(diào)控下器件的電學(xué)特性演變過程及用于感存算一體的基礎(chǔ)特性，包括響應(yīng)率線性調(diào)控能力，保持特性和疲勞特性等。特別地，鐵電疇可以將半導(dǎo)體p-n結(jié)和n-p結(jié)進行非易失切換，使得器件具有雙極性的光電權(quán)重調(diào)節(jié)。因此，該鐵電調(diào)控的可重構(gòu)傳感器陣列自身可構(gòu)筑為光電人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，直接對光圖像信號進行分類，從而極大降低了延遲和功耗。該器件在計算-存儲-傳感三個方面均表現(xiàn)出感存算架構(gòu)所需要的理想特性，包括（1）正負可調(diào)權(quán)重所支持的高級計算功能；（2）權(quán)值本地存儲功能；（3）高靈敏圖像傳感能力。基于這些特性，傳感器陣列可以執(zhí)行原位矩陣向量乘積計算操作，并通過使用三合一卷積核的一步卷積操作獲得了三個不同的圖像特征九游會j9官網(wǎng)真人游戲第一品牌。鐵電疇定義的感存算一體光電二極管陣列被訓(xùn)練用來執(zhí)行模式識別和分類任務(wù)，在沒有任何外部存儲器或計算單元的情況下命令機器狗運動，輔助機器狗實現(xiàn)像人一樣看圖識路。復(fù)旦大學(xué)芯片院吳廣健博士后和張續(xù)猛青年副研究員、華東師范大學(xué)馮光迪博士生為論文共同第一作者，復(fù)旦大學(xué)芯片院王建祿教授和劉琦教授、華東師范大學(xué)田博博教授為論文通訊作者。吳廣健博士博后期間獲得了“博新計劃”、國家自然科學(xué)基金青年基金、上海市“超級博士后”、“旦芯人才”計劃、“求索杰出青年”、博士后面上等項目資助。該項研究得到了劉明院士、褚君浩院士和段純剛教授的指導(dǎo)。該項研究獲得了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、上海市科技創(chuàng)新行動計劃、博士后科學(xué)基金的相關(guān)項目資助。

　　圖1.（a）不同傳感計算架構(gòu)流程示意圖。（b）鐵電場調(diào)控低維半導(dǎo)體能帶構(gòu)建可重構(gòu)感存算一體器件。

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