Memristor-based feature learning for pattern classification

记忆电阻器 深度学习 计算机科学 特征(语言学) 人工智能 计算 机器学习 模式识别(心理学) 算法 电子工程 工程类 语言学 哲学
作者
Tuo Shi,Lili Gao,Yang Tian,Shuangzhu Tang,Jinchang Liu,Yiqi Li,Ruixi Zhou,Shiyu Cui,Hui Zhang,Yu Li,Zuheng Wu,Xumeng Zhang,Taihao Li,Xiaobing Yan,Qi Liu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41467-025-56286-y
摘要

Abstract Inspired by biological processes, feature learning techniques, such as deep learning, have achieved great success in various fields. However, since biological organs may operate differently from semiconductor devices, deep models usually require dedicated hardware and are computation-complex. High energy consumption has made deep model growth unsustainable. We present an approach that directly implements feature learning using semiconductor physics to minimize disparity between model and hardware. Following this approach, a feature learning technique based on memristor drift-diffusion kinetics is proposed by leveraging the dynamic response of a single memristor to learn features. The model parameters and computational operations of the kinetics-based network are reduced by up to 2 and 4 orders of magnitude, respectively, compared with deep models. We experimentally implement the proposed network on 180 nm memristor chips for various dimensional pattern classification tasks. Compared with memristor-based deep learning hardware, the memristor kinetics-based hardware can further reduce energy and area consumption significantly. We propose that innovations in hardware physics could create an intriguing solution for intelligent models by balancing model complexity and performance.
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