Lightweight and highly robust memristor-based hybrid neural networks for electroencephalogram signal processing

计算机科学 稳健性(进化) 人工神经网络 记忆电阻器 卷积神经网络 神经形态工程学 信号处理 人工智能 模式识别(心理学) 计算机硬件 电子工程 数字信号处理 工程类 生物化学 基因 化学
作者
Peiwen Tong,Hui Xu,Yi Sun,Yongzhou Wang,Jie Peng,Cen Liao,Wei Wang,Qingjiang Li
出处
期刊:Chinese Physics B [IOP Publishing]
卷期号:32 (7): 078505-078505 被引量:4
标识
DOI:10.1088/1674-1056/ac9cbc
摘要

Memristor-based neuromorphic computing shows great potential for high-speed and high-throughput signal processing applications, such as electroencephalogram (EEG) signal processing. Nonetheless, the size of one-transistor one-resistor (1T1R) memristor arrays is limited by the non-ideality of the devices, which prevents the hardware implementation of large and complex networks. In this work, we propose the depthwise separable convolution and bidirectional gate recurrent unit (DSC-BiGRU) network, a lightweight and highly robust hybrid neural network based on 1T1R arrays that enables efficient processing of EEG signals in the temporal, frequency and spatial domains by hybridizing DSC and BiGRU blocks. The network size is reduced and the network robustness is improved while ensuring the network classification accuracy. In the simulation, the measured non-idealities of the 1T1R array are brought into the network through statistical analysis. Compared with traditional convolutional networks, the network parameters are reduced by 95% and the network classification accuracy is improved by 21% at a 95% array yield rate and 5% tolerable error. This work demonstrates that lightweight and highly robust networks based on memristor arrays hold great promise for applications that rely on low consumption and high efficiency.

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