媲美人脑能效的类脑突触原型器件问世

以神经 络为代表的类脑人工智能技术正深刻影响人类社会。但目前运行神经 络计算的硬件系统依然基于传统硅基运算器与存储器，能效远低于人脑。研发具有神经形态模拟功能的类脑器件，如神经 络硬件系统的核心器件——电子突触，是进一步推进人工智能发展的重要途径之一。为执行复杂的人工智能任务，神经 络硬件系统对电子突触器件提出了诸多苛刻要求，然而，已 道的类脑突触器件无法全面满足相关的指标要求。

李晓光教授团队制备了高质量的铁电隧道结，通过PZT（压电陶瓷驱动器）超薄厚度和取向的设计，获得了更小的铁电畴和更连续的翻转动力学行为，更丰富的铁电多畴亚稳态利于类脑突触器件中多态的可控调节。该器件表现出优异的综合性能：其8比特线性电导调控和高耐久性，满足类脑突触器件的核心性能指标要求。基于该器件性能仿真构建的神经 络具有高图像识别率，即使在图片中引入椒盐噪声或高斯噪声，其识别图片的准确率仍然大于85%。此外，该器件具有亚纳秒超快操作速度，而且其能耗低至飞焦级。研究人员经过推算表明，该铁电隧道结构建的神经 络计算系统，有可能实现相当于人脑的优秀能效，而人脑神经元突触单次脉冲能耗约10飞焦。人脑突触响应速度约亚毫秒，其响应速度也比人脑突触快6个量级，堪称媲美人脑突触的能效表现。