Experimental demonstration of highly reliable dynamic memristor for artificial neuron and neuromorphic computing

神经形态工程学 记忆电阻器 计算机科学 可扩展性 人工神经网络 可靠性(半导体) 人工智能 计算机体系结构 电子工程 工程类 物理 量子力学 数据库 功率(物理)
作者
See‐On Park,Hakcheon Jeong,Jongyong Park,Jongmin Bae,Shinhyun Choi
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:184
标识
DOI:10.1038/s41467-022-30539-6
摘要

Abstract Neuromorphic computing, a computing paradigm inspired by the human brain, enables energy-efficient and fast artificial neural networks. To process information, neuromorphic computing directly mimics the operation of biological neurons in a human brain. To effectively imitate biological neurons with electrical devices, memristor-based artificial neurons attract attention because of their simple structure, energy efficiency, and excellent scalability. However, memristor’s non-reliability issues have been one of the main obstacles for the development of memristor-based artificial neurons and neuromorphic computings. Here, we show a memristor 1R cross-bar array without transistor devices for individual memristor access with low variation, 100% yield, large dynamic range, and fast speed for artificial neuron and neuromorphic computing. Based on the developed memristor, we experimentally demonstrate a memristor-based neuron with leaky-integrate and fire property with excellent reliability. Furthermore, we develop a neuro-memristive computing system based on the short-term memory effect of the developed memristor for efficient processing of sequential data. Our neuro-memristive computing system successfully trains and generates bio-medical sequential data (antimicrobial peptides) while using a small number of training parameters. Our results open up the possibility of memristor-based artificial neurons and neuromorphic computing systems, which are essential for energy-efficient edge computing devices.

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