Phase-change memtransistive synapses for mixed-plasticity neural computations

神经形态工程学 计算机科学 可塑性 突触可塑性 神经科学 峰值时间相关塑性 突触 人工神经网络 油藏计算 人工智能 物理 生物 循环神经网络 生物化学 受体 热力学
作者
Syed Ghazi Sarwat,Benedikt Kersting,Timoleon Moraitis,Vara Prasad Jonnalagadda,Abu Sebastian
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:17 (5): 507-513 被引量:74
标识
DOI:10.1038/s41565-022-01095-3
摘要

In the mammalian nervous system, various synaptic plasticity rules act, either individually or synergistically, over wide-ranging timescales to enable learning and memory formation. Hence, in neuromorphic computing platforms, there is a significant need for artificial synapses that can faithfully express such multi-timescale plasticity mechanisms. Although some plasticity rules have been emulated with elaborate complementary metal oxide semiconductor and memristive circuitry, device-level hardware realizations of long-term and short-term plasticity with tunable dynamics are lacking. Here we introduce a phase-change memtransistive synapse that leverages both the non-volatility of the phase configurations and the volatility of field-effect modulation for implementing tunable plasticities. We show that these mixed-plasticity synapses can enable plasticity rules such as short-term spike-timing-dependent plasticity that helps with the modelling of dynamic environments. Further, we demonstrate the efficacy of the memtransistive synapses in realizing accelerators for Hopfield neural networks for solving combinatorial optimization problems.
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