检索结果-南通市图书馆

作者：蒙嘉豪湖北大学

学位级别：硕士

随着物联网和人工智能等信息技术的高速发展,数据量和传输需求指数级增长,导致传统的计算系统面临算力不足和安全性不高的问题。忆阻器,具有结构简单、功耗低且易于集成等优势,被认为是构建电子突触/神经元的理想器件。同时,基于忆阻器... 详细信息

随着物联网和人工智能等信息技术的高速发展,数据量和传输需求指数级增长,导致传统的计算系统面临算力不足和安全性不高的问题。忆阻器,具有结构简单、功耗低且易于集成等优势,被认为是构建电子突触/神经元的理想器件。同时,基于忆阻器物理不可克隆（PUF）特性的加密技术受到了广泛的关注。通过忆阻器的PUF特性可提取随机性高、唯一性强的安全密钥并应用。本论文针对二元氧化物忆阻器在构筑高算力安全芯片中面临的性能提升及系统安全难题,从忆阻器的性能优化、类脑及PUF特性、安全应用三方面展开研究。首先制备了不同W掺杂比分的WO3-Ti O2复合薄膜并研究器件的阻变性能。研究表明W11.9Ti17.2O70.9复合薄膜忆阻器开启电压为1.87 V,存储窗口为10～3,85~oC数据保持10～4秒,2～6多阶可调的电导状态。基于忆阻器电导精确可调特性,在脉冲作用下模拟了生物的长时程依赖可塑性（LTP/LTD）、短时程依赖可塑性（PPF/PPD）与尖峰脉冲时间依赖可塑性（STDP）等类脑特性。进而采用多层感知机（MLP）模型构建了基于忆阻器阵列的人工神经网络,对0-9的手写数字进行识别分类,在100次的训练周期下识别率达到90%以上。论文进一步研究了基于Pt/W11.9Ti17.2O70.9/Ta/Pt忆阻器的PUF特性,研究发现同一器件的高阻态具有高度一致性。利用不同器件（任意选取128个）高阻态的非一致性作为熵源提取随机密钥,其帧外汉明距离和汉明权重分别为47.4%和48.1%,这表明提取的密钥具有较好的0/1分布特性和随机性。进一步将忆阻器产生的随机密钥与符合工业界标准和安全的AES（Advanced Encryption Standard）加密算法结合,对512×512像素点的图片进行加解密,发现图片信息可得到无损隐藏和恢复,由此基于忆阻器的PUF特性提出了一种新型的软硬件协同加密方案。综上所述,论文基于CMOS工艺兼容的二元氧化物材料,研制了Pt/W11.9Ti17.2O70.9/Ta/Pt薄膜忆阻器,获得了优异的阻变性能。基于其电导多阶调控特性模拟了生物突触可塑性等类脑特性,实现了手写数字识别应用;通过器件的PUF特性结合AES加密算法,软硬件结合实现了静态图片的加解密,由此为新型高算力安全芯片的研制开发提供创新思路和硬件基础。

关键词：忆阻器掺杂阻变特性类脑特性物理不可克隆函数

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光电忆阻器用于突触仿生领域的研究进展

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材料导报 2024年第4期38卷 23-32页

作者：刘菁张建赵波江苏师范大学物理与电子工程学院江苏徐州221116

存算分离的传统计算模式已经无法满足信息爆炸时代对大数据处理的需求,因此,基于类神经网络的神经形态计算被广泛应用于人工智能的研究。随着集成技术的进步,新形态硬件系统开始进入大众视野,忆阻器作为新兴的除电容、电感和电阻之外的... 详细信息

存算分离的传统计算模式已经无法满足信息爆炸时代对大数据处理的需求,因此,基于类神经网络的神经形态计算被广泛应用于人工智能的研究。随着集成技术的进步,新形态硬件系统开始进入大众视野,忆阻器作为新兴的除电容、电感和电阻之外的第四种基本电路元件,综合了光电子学、半导体科学等多领域的优点,能够为神经形态计算硬件化提供新的思路。本文首先简述了光电忆阻器件的基本结构、机制和脉冲时间依赖可塑性等类生物突触的功能;其次介绍了四种光电型和全光型忆阻器件;然后综述了光电忆阻器件的类脑特性,如模拟巴甫洛夫经典实验和味觉厌恶过程的联想式学习、习惯化和敏化模式的非联想式学习、具有“学习-遗忘-再学习”特征的经验学习,以及结合人工神经网络实现图像记忆、处理和识别等仿生功能;最后总结了光电忆阻器件在突触仿生领域所面临的挑战,并展望其在神经形态计算方向的广阔应用前景。

关键词：光电忆阻器生物突触类脑特性神经网络

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