類腦芯片中新型憶阻器（電阻式內(nèi)存）與傳統(tǒng)電阻的異同

類腦芯片中新型憶阻器（電阻式內(nèi)存）與傳統(tǒng)電阻的異同

在機(jī)器人環(huán)境認(rèn)知與自主決策系統(tǒng)中，類腦芯片正通過模擬生物神經(jīng)元的脈沖計(jì)算模式突破傳統(tǒng)算力瓶頸。這一過程中，憶阻器作為具備記憶特性的電阻式元件，其阻值可隨過往電流歷史動(dòng)態(tài)調(diào)整，天然適配突觸權(quán)重存儲(chǔ)與更新需求。而傳統(tǒng)貼片電阻憑借納秒級(jí)響應(yīng)與±0.1%的精度穩(wěn)定性，仍承擔(dān)著神經(jīng)膜電位基準(zhǔn)校準(zhǔn)等關(guān)鍵角色。平尚科技通過異質(zhì)集成技術(shù)在單芯片上協(xié)同部署兩類元件，使類腦芯片能效比提升百倍。

針對(duì)神經(jīng)形態(tài)計(jì)算對(duì)器件物理特性的差異化需求，平尚科技在PS-NC系列類腦模組中實(shí)現(xiàn)三大技術(shù)融合：

1. 憶阻器的仿生特性：

   • 采用HfO?/Ti疊層結(jié)構(gòu)，通過氧空位遷移實(shí)現(xiàn)1kΩ–1MΩ連續(xù)阻態(tài)切換，精準(zhǔn)模擬生物突觸權(quán)重調(diào)節(jié)；

   • 具備>10^8次擦寫壽命與20ns脈沖響應(yīng)，滿足神經(jīng)元千赫茲級(jí)放電頻率需求；

2. 傳統(tǒng)電阻的基石作用：

   • 鎳鉻合金薄膜電阻提供±5ppm/℃超低溫漂，為神經(jīng)元膜電位建立0.5V精準(zhǔn)參考基準(zhǔn)；

   • 10mΩ–10MΩ寬阻值覆蓋，確保突觸電流積分電路線性度達(dá)99.8%；

3. 三維混合集成架構(gòu)：

   • 憶阻器陣列與CMOS電阻層垂直堆疊，通過硅通孔（TSV）互聯(lián)，使突觸密度達(dá)4.1Gb/mm2（較平面設(shè)計(jì)提升8倍）。

為驗(yàn)證系統(tǒng)在復(fù)雜任務(wù)中的可靠性，平尚科技構(gòu)建神經(jīng)形態(tài)測(cè)試平臺(tái)：

• 脈沖序列壓力測(cè)試：連續(xù)輸入10^12次寬度50ns的脈沖序列，記錄憶阻器阻值漂移率；

• 溫度梯度驗(yàn)證：在-40℃~125℃范圍內(nèi)掃描，監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)電阻溫漂對(duì)脈沖發(fā)放閾值的影響；

• 模式識(shí)別負(fù)載：運(yùn)行卷積脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SNN），實(shí)時(shí)追蹤10萬張圖像識(shí)別中的能效比。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：

• 憶阻器陣列在10^12次脈沖后阻態(tài)波動(dòng)≤±3%，功耗僅傳統(tǒng)SRAM的1/100；

• 鎳鉻電阻在125℃高溫下阻值變化＜±0.02%，保障神經(jīng)元發(fā)放頻率誤差＜0.1%；

• 在機(jī)器人手勢(shì)識(shí)別任務(wù)中，混合模組能效達(dá)36TOPS/W，較GPU方案提升3個(gè)數(shù)量級(jí)。

面向自主機(jī)器人的實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)需求，平尚科技創(chuàng)新制造工藝：

• 原子層沉積（ALD）技術(shù)：在300℃低溫下生長5nm均質(zhì)HfO?介質(zhì)層，使憶阻器開關(guān)比＞10^3；

• 激光微調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)：通過飛秒激光修調(diào)實(shí)現(xiàn)±0.01%的電阻匹配精度，降低神經(jīng)元電路偏移；

• 晶圓級(jí)神經(jīng)測(cè)試：開發(fā)脈沖注入探針卡，單次測(cè)試完成百萬個(gè)突觸單元功能驗(yàn)證。

當(dāng)安防機(jī)器人通過視覺脈沖流識(shí)別入侵者時(shí)，其類腦芯片中憶阻器陣列動(dòng)態(tài)調(diào)整突觸權(quán)重，而傳統(tǒng)電阻構(gòu)建的基準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)確保神經(jīng)脈沖精確發(fā)放。平尚科技通過仿生器件創(chuàng)新、精密電阻筑基、異質(zhì)集成突破的技術(shù)路徑，在單芯片上融合記憶與精度雙重特性，使每臺(tái)機(jī)器人年均節(jié)省54度電耗，推動(dòng)神經(jīng)形態(tài)計(jì)算從實(shí)驗(yàn)室走向邊緣智能終端。