[发明专利]一种实现忆阻突触器件多样化STDP的方法及系统

说明书

本发明实施例提供一种实现忆阻突触器件多样化STDP的方法及系统，该包括：对忆阻突触器件进行权重调制，获取忆阻突触器件在稳定组态下的稳态阻值范围和脉冲激励阈值范围；基于稳态阻值范围和脉冲激励阈值范围，设计忆阻突触器件的脉冲对波形；根据脉冲对波形获取相应的脉冲对；利用所述脉冲对作用于忆阻突触器件，以实现忆阻突触器件的多样化STDP。本实施例提供的实现忆阻突触器件多样化STDP的方法及系统，通过确定忆阻突触器件的稳态阻值范围和脉冲激励阈值范围，设计出多样化的脉冲波形，能够获取到300％以上的最大突触权重改变量，以及纳秒级的超快时间窗口，实现对于忆阻突触器件的连续、多样化STDP调制。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，尤其涉及一种实现忆阻突触器件多样化STDP的方法及系统。

背景技术

随着大数据时代的到来，亟需构建类脑神经网络以增强信息处理能力。人脑突触的巨大数量，使基于传统CMOS器件的神经网络极为复杂。忆阻器因具有可微缩、低功耗、多阻态等优势，能有效的减小芯片尺寸及能耗，具有作为突触器件的潜能。脉冲时序依赖可塑性(Spiking-timing-dependent Plasticity，STDP)是大脑学习与记忆的基础，模拟STDP功能被认为是实现人工神经网络的关键。

目前，多种基于脉冲幅值或脉宽的调制方法已经被提出，但尚未给出实现多样化STDP调制的统一原理，更未能给出具体设计方案。所提供的STDP法则权重改变量较小，未达到生物现象要求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种实现忆阻突触器件多样化STDP的方法及系统。

第一方面，本发明实施例提供了一种实现忆阻突触器件多样化STDP的方法，包括：对忆阻突触器件进行权重调制，获取忆阻突触器件在稳定组态下的稳态阻值范围和脉冲激励阈值范围；基于稳态阻值范围和脉冲激励阈值范围，设计忆阻突触器件的脉冲对波形；根据脉冲对波形获取相应的脉冲对；利用脉冲对作用于忆阻突触器件，以实现忆阻突触器件的多样化STDP。

进一步地，上述对忆阻突触器件进行权重调制，获取忆阻突触器件在稳定组态下的稳态阻值范围和脉冲激励阈值范围，包括：对忆阻突触器件的前后突触分别施加不同的调制脉冲，并根据调制脉冲对前后突触权重的增强及抑制效果，确定忆阻突触器件在稳定组态时的稳态阻值范围和脉冲激励阈值范围。

进一步地，上述不同的调制脉冲为脉冲幅值不同的调制脉冲。

进一步地，上述基于稳态阻值范围和所述脉冲激励阈值范围，设计忆阻突触器件的脉冲对波形，包括：

基于所述稳态阻值范围和所述脉冲激励阈值范围，获取忆阻突触器件处于稳定组态时，电阻与脉冲幅值的关系；根据电阻与脉冲幅值的关系，确定忆阻突触器件处于稳定组态时，电导改变量与脉冲幅值的关系；结合多样化STDP标准曲线，拟合获取前后突触权重的改变量与前后神经元激励时序的关系；根据电导改变量与脉冲幅值的关系和前后突触权重的改变量与前后神经元激励时序的关系，确定脉冲幅值与时间间隔的关系；根据脉冲幅值与时间间隔的关系，获取忆阻突触器件的脉冲对波形；脉冲对波形中任一单独脉冲的幅值位于激励阈值范围内，且任一脉冲对的叠加脉宽位于激励阈值范围外。

进一步地，上述忆阻突触器件的脉冲对波形，包括非对称型Hebbian波形、非对称型反Hebbian波形、对称型Hebbian波形以及对称型反Hebbian波形。

进一步地，上述非对称型Hebbian波形、非对称型反Hebbian波形为三角波与方波的组合波形；所述对称型Hebbian波形以及对称型反Hebbian波形为突触前端方波与突触后端三角波的组合波形。

进一步地，上述根据脉冲对波形获取相应的脉冲对，包括：根据脉冲对波形获取施加于忆阻突触器件的前后脉冲的叠加幅值与时间间隔的关系；根据叠加幅值与时间间隔的关系，确定每个脉冲对。