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scientific report|磁性隧道结模拟的随机皮质脉冲神经元

luoluo 2020-11-12 22:35

人类的大脑是人类所知的最强大、最节能的计算系统。为了试图模拟人脑,从而模拟人脑在认知和感知任务中的效率,计算机模型已经被开发出来,试图模拟人脑中神经元和突触的功能。虽然对大脑的完全理解仍然是难以捉摸的 ...

摘要
受大脑启发的计算架构目标是模仿大脑神经元与突触的计算机制,以实现人脑的高学习效率与复杂任务处理能力。普渡大学的Abhronil Sengupta提出了热噪声存在时,可以用磁性隧道结的随机翻转行为模拟皮质神经元的概率脉冲特性,他们的结果说明了在这种基于磁性隧道结的人工神经网络系统中存在的侧抑制以及内部稳态,这种基于磁性隧道结的神经网络也实现了一种Belife网络中概率计算的直接映射。
Brain-inspired computing architectures attempt to mimic the computations performed in the neurons and the synapses in the human brain in order to achieve its efficiency in learning and cognitive tasks. In this work, we demonstrate the mapping of the probabilistic spiking nature of pyramidal neurons in the cortex to the stochastic switching behavior of a Magnetic Tunnel Junction in presence of thermal noise. We present results to illustrate the efficiency of neuromorphic systems based on such probabilistic neurons for pattern recognition tasks in presence of lateral inhibition and homeostasis. Such stochastic MTJ neurons can also potentially provide a direct mapping to the probabilistic computing elements in Belief Networks for performing regenerative tasks.

图1 磁性隧道结结构示意图以及两磁化状态之间磁化翻转能垒示意图

图2 生物神经元细胞膜电位的积累-阈值-释放模型以及脉冲输入引起的磁性隧道结面内磁化状态积累/泄露模型

图3 不同能垒条件下电流注入引起的随机翻转概率




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来自: doi:10.1038/srep30039

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