近日，我院缪向水團隊同質全憶阻神經網絡工作被IEEE頂級會議IEDM接收，IEEE國際電子器件會議（IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM)）是世界上報告半導體、電子元件技術、設計、制造、物理和建模領域的技術突破的傑出論壇，是微電子器件領域的頂級會議。IEDM作為全球最大最具影響力的論壇之一，涵蓋了矽、化合物、有機半導體與新興材料系統元件的讨論和簡報，在推動諸如神經形态計算、三維集成和各類先進存儲器等微電子學、電子工業領域的發展上發揮關鍵作用。
神經形态計算為克服馮-諾依曼架構的瓶頸提供了解決方案，利用新型存儲器件構建電子突觸與神經元是實現類腦計算的基石。我院信息存儲材料及器件研究所博士生付瑤瑤、周越、黃曉弟在導師何毓輝老師、李祎老師和缪向水老師的共同指導下，經過近兩年的努力，創新性地研制出一種兼具阻态揮發與保持特性的新型神經形态器件，實現突觸長時程增強/抑制、脈沖時間依賴可塑性以及神經元的震蕩行為等多種神經動力學的模拟。該工作以“Forming-free and Annealing-free V/VOx/HfWOx/Pt Device Exhibiting Reconfigurable Threshold and Resistive switching with high speed (<30ns) and high endurance (>1012/>1010)”為題，被2021 IEDM所接收，将應邀在Memory Technology分會場做演講報告。
近年來，基于憶阻器件的電子突觸與神經元得到了長足的發展，然而全憶阻神經網絡的硬件實現仍然存在巨大的挑戰。這是由于用于構建神經元與突觸的器件之間存在工藝不兼容、操作參數與性能失配等難題。因而，在硬件層面需要發展高度可靠的且工藝兼容的神經形态器件。為此，該工作研制了性能高度可靠V/VOx/HfWOx/Pt憶阻器件，基于其電壓依賴的易失/非易失特性同時實現了神經元與突觸功能的模拟。此多模器件在功耗、速度與耐受能力等方面均達到行業頂尖，為全憶阻脈沖神經網絡提供了可行的硬件解決方案。
團隊基于此多模神經形态器件進一步構建了神經元-突觸整合系統，精确通過外圍電路的設計，使神經元與突觸的工作參數得以匹配，用以模拟生物學上神經信号的傳遞。基于此實驗結果，團隊搭建了面向手寫數字識别任務的單層脈沖神經網絡。得益于器件性能的巨大提升，本工作在功耗、延遲等方面都達到國際先進水平。
該工作得到了清華大學高濱老師、香港理工大學柴揚老師的大力支持和幫助。
基于新型存儲器件的存内計算是IEDM讨論的焦點之一。國際上研發先進存儲器件的著名半導體公司如Samsung/TSMC/Intel/IBM與研究人工智能硬件與架構的知名團隊都利用這個平台發布其最新研究成果與技術突破。能在其重點關注領域發表研究報告，是對團隊研究工作的高度肯定，這也是團隊在IEDM存儲器領域的曆史性突破。
