收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于TFET超低功耗神经元设计

蔡精鹏  
【摘要】:人工智能神经网络已成为当下信息处理技术领域的重要发展方向,相对于软件实现人工神经网络,硬件实现人工神经网络有可以大批量并行处理数据的优势。目前大多数硬件实现的神经元电路由MOSFET器件构成,对于规模越来越大的人工神经网络,电路功耗问题日益严峻。随着器件特征尺寸不断减小,MOSFET器件在纳米量级下短沟道效应越来越严重,使器件功耗和性能恶化,限制了低功耗神经网络的发展。而基于量子隧穿原理的TFET器件,理论上能在室温下获得一个低于60m V/dec的亚阈值摆幅和极高的电流开关比,在低功耗人工神经元电路的实现上有独特优势。本文实现基于GFP-TFET器件的低功耗神经元电路结构,并与MOSFET神经元电路比较,分析两种低功耗神经元电路的优势与缺点,填补TFET在低功耗神经元电路研究领域上的空缺。本文的主要研究内容如下:利用GFP-TFET查找表模型,通过仿真来针对GFP-TFET与MOSFET工艺库的电学特性进行分析与比较,分别从直流和交流的角度阐明GFP-TFET器件特点,探究TFET器件特性在低功耗神经元电路应用上的可行性。应用GFP-TFET电路模型搭建神经元电路子模块。对于对数域电流模式突触电路,运用TFET亚阈值区电流指数特性成功实现了电导传递机制,对偏置电压进行优化,并与MOSFET突触电路进行比较,在截止频率同为100k Hz,电源电压0.8V时,GFP-TFET突触电路电路功耗是121.4n W,远低于MOSFET突触的2356n W。对于动作电位产生电路,利用环形振荡器电路来分析电路传输延时,在不同电源电压下进行分析比较,发现在电源电压低于0.8V后,GFP-TFET器件搭建的动作电位产生电路传输延迟开始逼近甚至低于MOSFET器件。运用上述电路模块搭建了基于广义IF模型的神经元电路,引入了正反馈机获得数字脉冲,并与MOSFET神经元进行对比,发现相同条件下,GFP-TFET神经元产生脉冲的频率为10.7MHz,MOSFET神经元产生脉冲的频率为3MHz,且前者单次数字脉冲消耗的能量仅约为于MOSFET神经元的三分之一。分析优化GFP-TFET神经元电路参数,进一步降低功耗,优化后的单次脉冲耗能为134f J,比大多数神经元电路都要低很多,证明适合实现大规模并行神经形态处理器。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 郭浩;朱慧珑;黄伟兴;;具有夹层的垂直U型栅极TFET的设计[J];半导体技术;2021年07期
2 ;莱迪思发运首批低成本、低功耗LatticeECP4 FPGA样片[J];微电脑世界;2012年07期
3 ;高密度、低功耗的FPGA和CPLD[J];电子产品世界;1998年11期
4 ;SPARTAN-3A DSP平台FPGA又添低功耗器件[J];世界电子元器件;2007年09期
5 ;ALTERA新款CPLD系列成本和功耗锐减[J];今日电子;2004年04期
6 ;Altera新款MAX II CPLD系列在成本和功耗上锐减[J];电子技术应用;2004年04期
7 ;3V低功耗器件[J];电子产品世界;2001年06期
8 ;QuickLogic针对功耗敏感应用推出PolarPro系列FPGA器件[J];电子与电脑;2006年05期
9 磊;;QuickLogic为功耗敏感应用量身打造PolarPro FPGA器件[J];电子设计应用;2006年06期
10 吴方明;陈军宁;柯导明;丁峰;;FPGA设计中的低功耗解决方案[J];电脑知识与技术;2006年14期
11 蔡敏;舒俊;;低电压、低功耗CMOS基准电压源的设计[J];华南理工大学学报(自然科学版);2008年09期
12 刘宝琴;高速低功耗FCT器件[J];电子技术应用;1997年02期
13 张兴,奚雪梅,王阳元;低压高速CMOS/SOI器件和电路的研制[J];半导体学报;1997年02期
14 金立荣,陈水生;8mm和3mm硅双漂移大功率脉冲崩越器件的研究[J];固体电子学研究与进展;1990年01期
15 陈炜东;骆军;曹鸿涛;梁凌燕;张洪亮;张莉;诸葛飞;;CuS/ZnS/ITO透明忆阻器的制备及其突触性能[J];材料科学与工程学报;2021年01期
16 ;ADI推出低功耗HDMI发送器[J];电视技术;2011年03期
17 Joe Chong;;跟踪多个电压的简单器件[J];电子产品世界;2006年11期
18 Gordon Hands;为手持设备选择合适的CPLD[J];今日电子;2003年07期
19 ;Altera推出新款MAX II CPLD器件系列[J];电信科学;2004年04期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 杨蕊;黄鹤鸣;寺部一弥;郭新;;忆阻类脑器件及其神经形态运算[A];TFC'19第十五届全国薄膜技术学术研讨会摘要集[C];2019年
2 李祎;张金箭;钟应鹏;许磊;缪向水;;基于硫系化合物忆阻特性的电子突触器件[A];第八届中国功能材料及其应用学术会议摘要[C];2013年
3 黄华;许州;孟凡宝;金晓;马弘舸;余川;刘振帮;;高功率微波器件研究与发展概述[A];2013年全国微波毫米波会议论文集[C];2013年
4 顾杨;王学文;李铁;吴永进;罗袆;李连辉;张珽;;超薄柔性仿生器件用于声音检测[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第四十一分会:纳米材料与器件[C];2016年
5 王淑萌;丁军桥;王利祥;;溶液加工型高分子发光材料与器件[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十一分会:π-共轭材料[C];2016年
6 王宁娟;刘忠立;李宁;刘芳;李国花;;两种改进边缘效应的全耗尽MOSFET器件的制备及对辐射的影响[A];第十届全国抗辐射电子学与电磁脉冲学术年会论文集[C];2009年
7 苏利;;数字电路实验中CMOS器件的应用探讨[A];教育部中南地区高等学校电子电气基础课教学研究会第二十届学术年会会议论文集(上册)[C];2010年
8 朱锋;张巍;陈思井;尤立星;黄翊东;王镇;;器件无关的经典/量子鉴熵实验[A];第十七届全国量子光学学术会议报告摘要集[C];2016年
9 许坤远;王钢;宋爱民;;平面纳米自开关器件灵敏度的研究[A];第十五届全国化合物半导体材料,微波器件和光电器件学术会议论文集[C];2008年
10 陈光军;胡昌华;任章;周志杰;;小波包分解在惯性器件故障诊断中应用研究[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集(下册)[C];2004年
11 成永东;李明光;;管壁内闭空间气源对器件真空性能的影响[A];第九届真空技术应用学术年会论文集[C];2006年
12 马军;靳伍银;秦会欣;王春妮;;神经元网络内自突触诱发的靶波和螺旋波[A];第二届全国神经动力学学术会议论文集[C];2014年
13 刘宁;;以金属器件为例谈我国公共体育健身设施发展水平指标体系研究[A];2017年博鳌医药论坛论文集[C];2017年
14 倪经;周俊;杨陆;黄豹;;自旋电子学及其器件[A];真空电子技术—自旋电子学及器件发展专题[C];2013年
15 敖玉贵;;高频窄沟浅结器件用低温烧结技术研究[A];中国电子学会生产技术学分会电子封装专业委员会一九九七年度学术年会论文集[C];1997年
16 邵嘉平;;半导体照明器件发展现状及最新应用案例[A];2013年中国照明论坛——LED照明产品设计、应用与创新论坛论文集[C];2013年
17 田尔文;;微波固体器件与现代通信[A];1985年全国微波会议论文集[C];1985年
18 邓剑;王艳;马於光;;有机夹心器件室温下产生太赫兹[A];2012年两岸三地高分子液晶态与超分子有序结构学术研讨会(暨第十二届全国高分子液晶态与超分子有序结构学术论文报告)会议论文集[C];2012年
19 李辉;赵忠;;基于单轴转台的惯性器件标定方法[A];惯性技术发展动态发展方向研讨会文集——新世纪惯性技术在国民经济中的应用[C];2012年
20 卫宁;于伦正;郭红霞;党军;;二次包封CMOS器件电子辐照实验研究[A];第四届电子产品防护技术研讨会论文集(续)[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 李妤晨;基于PIN的IMOS与TFET器件研究[D];西安电子科技大学;2013年
2 宋萌萌;智能器件的垂直可控运动及在能量转换方面的研究[D];北京化工大学;2017年
3 杨传森;氧化钼基阻变器件类神经突触特性的研究[D];中国科学院大学(中国科学院物理研究所);2017年
4 潘赛虎;极端环境下有机光电器件的可靠性研究[D];上海大学;2019年
5 彭翠云;基于微纳结构的有机光电器件中光耦合研究[D];上海大学;2019年
6 李宗鉴;Si IGBT/SiC MOSFET混合器件及其应用研究[D];湖南大学;2020年
7 王秀如;多色OLED器件及设备研究[D];上海大学;2006年
8 王志元;锑烯量子片的绿色制备及其在有机光电器件中的应用[D];太原理工大学;2020年
9 章文通;超结功率器件等效衬底模型与非全耗尽工作模式研究[D];电子科技大学;2016年
10 魏琳琳;过渡族金属氧化物基阻变器件电阻转变特性及其机理研究[D];武汉理工大学;2013年
11 郭鹏;有机电双稳材料与器件的研究[D];复旦大学;2007年
12 彭子舜;Si IGBT/SiC MOSFET混合器件的开关控制策略及其应用研究[D];湖南大学;2020年
13 赵建辉;用于视觉系统的忆阻器特性研究[D];河北大学;2020年
14 王鹏;热致活化延迟荧光器件的发光动态特性及其稳定性的研究[D];北京交通大学;2020年
15 郭程;红外太赫兹器件的光场调控及探测机理研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所);2020年
16 钟应鹏;基于电子突触器件的脉冲神经网络研究[D];华中科技大学;2017年
17 殷乔楠;氧化钛阻变器件开关特性对尺寸和环境湿度依赖性的研究[D];南京大学;2016年
18 彭其明;有机电致发光器件的磁致亮度变化及其在器件物理中的应用研究[D];吉林大学;2015年
19 马晓华;90nm CMOS器件强场可靠性研究[D];西安电子科技大学;2006年
20 付兴昌;90GHz以上氮化镓功率器件关键技术研究[D];东南大学;2019年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 蔡精鹏;基于TFET超低功耗神经元设计[D];电子科技大学;2021年
2 赵小龙;L型TFET器件的优化及模拟研究[D];西安电子科技大学;2018年
3 汪佳峰;高低阈值独立栅TFET器件的优化[D];宁波大学;2019年
4 万俊全;基于复合介质的TFET研究[D];电子科技大学;2021年
5 苏杭;TFET单元库设计技术研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
6 彭紫玲;极化掺杂型InN基TFET器件研究[D];西安电子科技大学;2020年
7 耿露;新型隧穿场效应晶体管TFET的探究[D];杭州电子科技大学;2020年
8 李杰;基于电学掺杂TFET的物理机理及优化设计研究[D];电子科技大学;2020年
9 雷岩;基于聚乙烯醇的柔性聚合物类突触器件的制备与性能研究[D];南京大学;2014年
10 王春霞;氧化钨基忆阻器突触特性研究[D];大连理工大学;2021年
11 王一文;基于TFET器件模型的单元特性仿真[D];哈尔滨工业大学;2015年
12 方伊琳;面向人工神经网络应用的忆阻器器件及集成技术研究[D];中国科学技术大学;2020年
13 钟应鹏;硫系化合物电子突触器件测试方法研究[D];华中科技大学;2013年
14 刘明山;延伸摩尔定律[D];重庆大学;2016年
15 王文清;多层膜结构的忆阻器材料及器件的设计和制备[D];桂林理工大学;2020年
16 夹丹丹;嵌套型双向可控硅静电防护器件的性能研究[D];湘潭大学;2020年
17 贾旺旺;忆阻器件及其应用[D];电子科技大学;2016年
18 董华;基于忆阻器件的模数转换器的设计[D];电子科技大学;2014年
19 周洁;p型多晶硅薄膜晶体管在动态负偏置温度应力下的退化研究[D];苏州大学;2011年
20 刘朋;基于电源电压调整技术的低功耗SRAM设计[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 本报记者 诸玲珍;莱迪思:低成本低功耗提升竞争力[N];中国电子报;2011年
2 见习记者 封帆 通讯员 王中强;神经突触仿生器件研制成功[N];中国科学报;2012年
3 黄辛;科学家发明可媲美脑计算的非线性新器件[N];中国科学报;2021年
4 洪恒飞 柯溢能 记者 江耘;“万能抓手”不粘附 快速组装微观器件[N];科技日报;2020年
5 ;Agere 推出 3D 光交换器件[N];中国计算机报;2001年
6 ;Cypress透露MRAM器件细节[N];计算机世界;2004年
7 记者 陈彬 通讯员 李晴;天大研发可应用于6G通信器件新材料[N];中国科学报;2021年
8 本报记者 李惠钰;可降解植入电子医疗器件有望告别“二次手术”[N];中国科学报;2019年
9 陈曦 通讯员 焦德芳 焦全颖;“超级涂层”诞生 可克服植入器件的免疫排异[N];科技日报;2019年
10 记者 李大庆 吴长锋;我科学家实现与器件无关的量子随机数[N];科技日报;2018年
11 证券时报记者 方元;小器件做出大业绩 多家连接器公司预增[N];证券时报;2011年
12 记者 陈炳欣 北京;IDT推PCI Express交换器件[N];电子资讯时报;2006年
13 记者 刘霞;超导突触处理信息能力超人脑[N];科技日报;2018年
14 黄辛;无需器件 增益失谐让X光“转圈圈”[N];中国科学报;2021年
15 本报记者 陈炳欣;系统成本具优势 SiC器件市场瓶颈待突破[N];中国电子报;2012年
16 ;FPGA的趋势:降低成本和功耗[N];中国电子报;2011年
17 ;RFS推出新型网络器件管理软件[N];通信产业报;2005年
18 ;Altera发布业界功耗最低的高性能FPGA[N];人民邮电;2006年
19 安岚坡;科锐公司推出多项LED突破性新器件[N];消费日报;2010年
20 记者 陈曦 通讯员 李晴;宽温稳定性优异 新介质材料可用于6G通信器件[N];科技日报;2021年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978