Fully hardware-implemented memristor convolutional neural network

记忆电阻器 神经形态工程学 计算机科学 记忆晶体管 卷积神经网络 可扩展性 横杆开关 人工神经网络 冯·诺依曼建筑 计算机体系结构 计算机硬件 电阻随机存取存储器 计算机工程 并行计算 人工智能 深度学习 电子工程 电气工程 工程类 操作系统 数据库 电信 电压
作者
Peng Yao,Huaqiang Wu,Bin Gao,Jianshi Tang,Qingtian Zhang,Wenqiang Zhang,J. Joshua Yang,He Qian
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:577 (7792): 641-646 被引量:2113
标识
DOI:10.1038/s41586-020-1942-4
摘要

Memristor-enabled neuromorphic computing systems provide a fast and energy-efficient approach to training neural networks1–4. However, convolutional neural networks (CNNs)—one of the most important models for image recognition5—have not yet been fully hardware-implemented using memristor crossbars, which are cross-point arrays with a memristor device at each intersection. Moreover, achieving software-comparable results is highly challenging owing to the poor yield, large variation and other non-ideal characteristics of devices6–9. Here we report the fabrication of high-yield, high-performance and uniform memristor crossbar arrays for the implementation of CNNs, which integrate eight 2,048-cell memristor arrays to improve parallel-computing efficiency. In addition, we propose an effective hybrid-training method to adapt to device imperfections and improve the overall system performance. We built a five-layer memristor-based CNN to perform MNIST10 image recognition, and achieved a high accuracy of more than 96 per cent. In addition to parallel convolutions using different kernels with shared inputs, replication of multiple identical kernels in memristor arrays was demonstrated for processing different inputs in parallel. The memristor-based CNN neuromorphic system has an energy efficiency more than two orders of magnitude greater than that of state-of-the-art graphics-processing units, and is shown to be scalable to larger networks, such as residual neural networks. Our results are expected to enable a viable memristor-based non-von Neumann hardware solution for deep neural networks and edge computing. A fully hardware-based memristor convolutional neural network using a hybrid training method achieves an energy efficiency more than two orders of magnitude greater than that of graphics-processing units.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
跳跃完成签到,获得积分10
1秒前
18318933768完成签到,获得积分10
2秒前
3秒前
夏月虚闲完成签到 ,获得积分10
3秒前
zuijiasunyou发布了新的文献求助10
4秒前
5秒前
illusion完成签到,获得积分10
5秒前
Bin_Liu发布了新的文献求助10
5秒前
Destiny完成签到,获得积分10
6秒前
Nidhogg完成签到,获得积分10
6秒前
缺缺完成签到,获得积分10
7秒前
vans如意完成签到 ,获得积分10
7秒前
超级忆南发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
8秒前
小马甲应助折耳根拌香菜采纳,获得10
8秒前
carly完成签到 ,获得积分10
10秒前
YiyueChan完成签到,获得积分10
11秒前
inaccc完成签到,获得积分10
12秒前
panpanliumin完成签到,获得积分0
12秒前
鲁滨逊完成签到 ,获得积分10
13秒前
14秒前
医院的孩子完成签到,获得积分10
14秒前
zhangsan发布了新的文献求助10
14秒前
北方有相思完成签到 ,获得积分10
15秒前
15秒前
lili完成签到,获得积分10
16秒前
哈哈完成签到,获得积分10
16秒前
maxthon完成签到,获得积分10
16秒前
17秒前
zy完成签到 ,获得积分10
17秒前
勤劳太阳完成签到,获得积分10
17秒前
包邮上車完成签到,获得积分10
18秒前
Wayne完成签到 ,获得积分10
19秒前
nqterysc完成签到,获得积分10
21秒前
开朗大地完成签到,获得积分10
21秒前
hgdong1684发布了新的文献求助30
22秒前
与离完成签到 ,获得积分10
24秒前
wye完成签到,获得积分10
24秒前
25秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Single Cell Analysis of the Tumor Microenvironment Landscape Across the Disease Spectrum of Multiple Myeloma 1000
2026年中国辛酸癸酸聚乙二醇甘油酯行业市场现状调查及投资机会研判报告 1000
2026年中国辛酸癸酸聚乙二醇甘油酯行业市场规模及竞争格局分析报告 1000
模型平均及其应用 900
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 700
The Cambridge History of China 英文版16册 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7331771
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8946103
关于积分的说明 18975795
捐赠科研通 6985935
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3216880
关于科研通互助平台的介绍 2383428
邀请新用户注册赠送积分活动 2196555