Reservoir computing based on electric-double-layer coupled InGaZnO artificial synapse

油藏计算 计算机科学 多路复用 非线性系统 光电子学 材料科学 人工神经网络 人工智能 循环神经网络 电信 物理 量子力学
作者
Yang Yang,Hangyuan Cui,Shuo Ke,Mengjiao Pei,Kailu Shi,Changjin Wan,Qing Wan
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:122 (4) 被引量:48
标识
DOI:10.1063/5.0137647
摘要

Physical reservoir computing (PRC) is thought to be a potential low training-cost temporal processing platform, which has been explored by the nonlinear and volatile dynamics of materials. An electric-double-layer (EDL) formed at the interface between a semiconductor and an electrolyte provided a great potential for building high energy-efficiency PRC. In this Letter, EDL coupled indium-gallium-zinc-oxide (IGZO) artificial synapses are used to implement reservoir computing (RC). Rich reservoir states can be obtained based the ionic relaxation-based time multiplexing mask process. Such an IGZO-based RC device exhibits nonlinearity, fade memory properties, and a low average power of ∼9.3 nW, well matching the requirement of a high energy-efficiency RC system. Recognition of handwritten digit and spoken-digit signals is simulated with an energy consumption per reservoir state of ∼1.9 nJ, and maximum accuracy of 90.86% and 100% can be achieved, respectively. Our results show a great potential of exploiting such EDL coupling for realizing a physical reservoir that would underlie a next-generation machine learning platform with a lightweight hardware structure.
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