A low-power vertical dual-gate neurotransistor with short-term memory for high energy-efficient neuromorphic computing

神经形态工程学 计算机科学 人工神经网络 高效能源利用 枝晶(数学) 对偶(语法数字) 计算机体系结构 计算机硬件 人工智能 电气工程 工程类 几何学 数学 艺术 文学类
作者
Xu Han,Dashan Shang,Qing Luo,Junjie An,Yue Li,Shuyu Wu,Zhihong Yao,Woyu Zhang,Xiaoxin Xu,Chunmeng Dou,Hao Jiang,Liyang Pan,Xumeng Zhang,Ming Wang,Zhongrui Wang,Jianshi Tang,Qi Liu,Ming Liu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-023-42172-y
摘要

Neuromorphic computing aims to emulate the computing processes of the brain by replicating the functions of biological neural networks using electronic counterparts. One promising approach is dendritic computing, which takes inspiration from the multi-dendritic branch structure of neurons to enhance the processing capability of artificial neural networks. While there has been a recent surge of interest in implementing dendritic computing using emerging devices, achieving artificial dendrites with throughputs and energy efficiency comparable to those of the human brain has proven challenging. In this study, we report on the development of a compact and low-power neurotransistor based on a vertical dual-gate electrolyte-gated transistor (EGT) with short-term memory characteristics, a 30 nm channel length, a record-low read power of ~3.16 fW and a biology-comparable read energy of ~30 fJ. Leveraging this neurotransistor, we demonstrate dendrite integration as well as digital and analog dendritic computing for coincidence detection. We also showcase the potential of neurotransistors in realizing advanced brain-like functions by developing a hardware neural network and demonstrating bio-inspired sound localization. Our results suggest that the neurotransistor-based approach may pave the way for next-generation neuromorphic computing with energy efficiency on par with those of the brain.
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