使用Skyrmion创建用于神经形态计算的人工突触

Skyrmion是2009年在实际材料中首次发现的超稳定原子物体，最近还发现它们在室温下也存在。这些独特的物体具有许多理想的特性，包括相当小的阈值电压，纳米级尺寸和易于电操纵的特性。尽管这些特性对于创建广泛的电子产品可能是有利的，但迄今为止，使用天窗离子开发功能齐全的全电子设备已经证明是非常具有挑战性的。天体离子的一种可能应用是在神经形态计算中，这需要创建类似于人脑中观察到的人工结构。

考虑到这一点，韩国科学技术研究院(KIST)的研究人员最近研究了使用天rm子复制在人脑中观察到的机制的可能性。他们发表在《自然电子》上的论文表明，这些超稳定的原子结构可用于模仿生物突触的某些行为，这些突触是神经元之间的连接，神经冲动通过神经元的连接传递到人脑的不同部位。

进行这项研究的研究人员之一，现在在IBM工作的Seonghoon Woo表示：“自发现以来，已经有一些对天蝎子进行电操纵的演示，这表明它们可以用于制造功能齐全的设备。” TechXplore。“与此同时，我们经历了神经形态计算研究的增加，这表明可以使用称为“忆阻器”的模拟存储设备来显着提高计算效率。由于使用现有模拟存储器的其他技术仍处于早期阶段在开发过程中，我们认为基于Skyrmion的忆阻器由于其理想的特性可能是一种解决方案。”

大脑中的神经元使用神经递质(化学物质将神经学信息从一个细胞传递到另一个细胞)在突触之间进行通讯。在研究人员创造的人工突触中，每个天敌星都充当神经递质。

通过使用最小的电力来控制系统中的Skyrmion数量，研究人员能够模拟在生物突触中观察到的两种机制，即它们的增强和抑制行为，这是由神经递质重量变化触发的。这些行为是通过引发天敌离子的积累和消散而复制的，从而导致系统重量的变化，从而导致系统内存的变化。

Woo说：“在我们的研究中，我们明确地将基于skyrmion的突触与其他基于非易失性存储器的更成熟的技术(例如相变存储器或电阻式存储器)进行了比较。” “尽管是初步的，但我们的研究表明，基于天rm子的设计可能在重要指标上具有优势，包括耐久性，线性度和器件间差异性，这些现在已成为基于PRAM或RRAM的设计中的关键瓶颈。”

到目前为止，Woo和他的同事们已经通过一系列仿真在芯片级上测试了人工突触的性能。他们发现他们的表现非常出色，尤其是在模式识别任务上。

“考虑到目前大多数基于忆阻器的神经形态计算研究都是基于PRAM或RRAM，我认为我们研究的最有意义的成就是，我们展示了一种基于自旋结构创建神经形态计算工具的新方法，” Woo说。

在某些模式识别任务中，由Woo和他的同事创建的人工突触所达到的精确度可与其他先进的计算工具所达到的精确度相媲美。将来，这些结构可以促进新型高性能人工神经网络(ANN)的开发。

Woo补充说：“ Skyrmions的众多优势之一是，在理想的材料中，它们可以具有非常小的尺寸范围(低至单个纳米)和能量范围。” “这一特性可以很快大大减少神经形态计算应用的运算能量。”