【產(chǎn)通社，11月7日訊】中國科學(xué)院微電子研究所（Microelectronice of Chinese Academy of Sciences）官網(wǎng)消息，人工智能時代計算機(jī)日常需要處理的信息量急劇增加，如何在計算和存儲等資源受限的邊緣端快速、實時的處理信息已成為當(dāng)前業(yè)界的共性需求。生物體的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)被認(rèn)為是自然界中集感應(yīng)、存儲和計算一體化的系統(tǒng)，具有非常高效的信息處理能力，且工作能耗很低。受生物啟發(fā)，開發(fā)神經(jīng)形態(tài)器件及其陣列集成技術(shù)，構(gòu)建類似生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能的神經(jīng)形態(tài)計算系統(tǒng)，是實現(xiàn)實時、高能效邊緣計算系統(tǒng)的重要途徑之一。 

電解質(zhì)柵控晶體管是一種多端憶阻器件，其采用含有可動離子（如H+, Li+, O2-等）的電解質(zhì)材料作為柵介質(zhì)層，利用可動離子在柵極電壓作用下的遷移調(diào)節(jié)溝道電阻狀態(tài)，產(chǎn)生短時記憶和長時記憶等多層級記憶效應(yīng)。同時，由于數(shù)據(jù)通過柵極寫入而通過源極和漏極進(jìn)行讀取，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)寫入和讀取的分離，可進(jìn)一步降低工作電流和能耗。因此，電解質(zhì)柵控晶體管被認(rèn)為是模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理想元件之一，已在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)硬件開發(fā)方面展現(xiàn)了引人的應(yīng)用前景和賦能潛力（參見課題組前期工作D. S. Shang, et al. Adv. Electron. Mater. 9, 2200915 (2023); IEEE Electron Dev. Lett. 43, 296 (2022); Adv. Func. Mater. 31, 2100042 (2021); Adv. Mater. 32, 2003018 (2020); Adv. Func. Mater. 28, 1804170 (2018); Adv. Mater. 29, 1700906 (2017)）。 

近日，微電子研究所微電子器件與集成技術(shù)研發(fā)中心劉明院士團(tuán)隊的尚大山研究員與復(fù)旦大學(xué)劉琦教授、清華大學(xué)唐建石副教授合作，開發(fā)了一種具有短時記憶特性的垂直雙柵電解質(zhì)柵控晶體管器件——神經(jīng)晶體管。該器件溝道長度為30nm，并具有可堆疊和高密度集成的潛力，讀功率和讀能耗分別達(dá)到了~ 3.16 fW 和~ 30 fJ，接近生物水平。此外，團(tuán)隊利用神經(jīng)晶體管的短時記憶特性，模擬了生物神經(jīng)元中的樹突計算功能（包括樹突整合與巧合探測），并通過構(gòu)建仿生的聲音定位神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了對聲音方位角與距離的識別。該工作不僅展示了神經(jīng)晶體管作為基本單元模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高級功能上的潛力，同時從器件層面為開發(fā)面向邊緣計算的高密度、低能耗神經(jīng)形態(tài)計算硬件系統(tǒng)提供了的新的途徑。 

該工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院和中國博士后科學(xué)基金等項目的資助。成果發(fā)表在《自然·通迅》期刊上（Nature Communications 14:6385, 2023）。微電子所博士研究生徐晗為本文的第一作者�！�

查詢進(jìn)一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://www.ime.cas.cn/，以及https://doi.org/10.1038/s41467-023-42172-y。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）  

文章鏈接：
　　A low-power vertical dual-gate neurotransistor with short-term memory for high energy-efficient neuromorphic computing 
　　H. Xu, D. S. Shang*, Q. Luo, J. An, Y. Li, S. Wu, Z. Yao, W. Zhang, X. Xu, C. Dou, H. Jiang, L. Pan, X. Zhang, M. Wang, Z. Wang, J. Tang*, Q. Liu*, M. Liu,  
　　Nature Communications 14: 6385 (2023)      （完）