憶阻器及其交叉陣列在數(shù)據(jù)存取和圖像識別中的應(yīng)用研究.pdf

1、憶阻器的提出和發(fā)現(xiàn)為電子計算技術(shù)的發(fā)展和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究與實(shí)現(xiàn)帶來了新的動力。憶阻器所具有的非線性、非易失性、無源性及納米尺度等特點(diǎn)，將有利于改變傳統(tǒng)的馮·諾依曼計算體系，制造出類似生物神經(jīng)系統(tǒng)一樣的神經(jīng)計算機(jī)，同時降低能量消耗，并且在數(shù)據(jù)存儲、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、并行計算、混沌電路等方面具有非常廣泛的研究和應(yīng)用空間。
　　交叉陣列結(jié)構(gòu)作為目前憶阻器應(yīng)用的一種主要研究手段，可應(yīng)用在數(shù)據(jù)存儲、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和模式識別中，采用交叉陣列可以有效的

2、節(jié)省系統(tǒng)空間，大大縮小系統(tǒng)的尺寸規(guī)模。結(jié)合憶阻器類似生物神經(jīng)元細(xì)胞或突觸結(jié)構(gòu)的運(yùn)算和存儲于一體的工作方式，將大大有利于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)。
　　本文主要研究了憶阻器基本數(shù)學(xué)模型和幾種擴(kuò)展模型并分析了憶阻器所具有的基本特性，介紹了憶阻器交叉陣列結(jié)構(gòu)及其工作原理，通過對憶阻器進(jìn)行二值化定義，研究并給出了憶阻交叉陣列的讀寫電路圖，探討了信息存入和讀取的工作流程，同時考慮了噪聲條件下的信息讀取和狀態(tài)恢復(fù)以及大規(guī)模交叉陣列結(jié)構(gòu)中信息存取的平衡模

3、式及數(shù)據(jù)有效性問題，最后以交叉陣列結(jié)構(gòu)為背景討論了憶阻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對二值圖像的學(xué)習(xí)和識別等內(nèi)容。
　　本文重點(diǎn)研究了憶阻器及交叉陣列結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)存儲和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖像識別中的應(yīng)用，具體內(nèi)容分為以下幾個方面：
　?、賾涀杵鹘?jīng)典模型和擴(kuò)展模型特性研究
　　回顧和探討了Chua提出的經(jīng)典憶阻器理論模型，通過分析電路中多個參數(shù)之間的關(guān)系，給出了荷控憶阻器和磁控憶阻器的定義。對惠普憶阻模型及其漂移效應(yīng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)，并對比了解決邊界效應(yīng)的

4、兩種主要的窗口函數(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)。針對惠普憶阻器假定RON遠(yuǎn)小于ROFF的前提要求，提出了綜合RON影響的擴(kuò)展惠普憶阻器模型，證明了在一定條件下即使RON和ROFF的值相對接近，也能獲得較為理想的磁滯效應(yīng)，仿真結(jié)果證明了此類憶阻器具有更快的狀態(tài)轉(zhuǎn)換速率以及較小的能量消耗。此外，針對雙擴(kuò)展憶阻器模型和自旋電子憶阻器模型的研究從狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)制的角度證明了憶阻器模型的多樣性。
　?、趹涀杞徊骊嚵屑捌渥x寫策略研究
　　重點(diǎn)討論了交叉陣列系

5、統(tǒng)中的憶阻器狀態(tài)的讀寫機(jī)制，研究并設(shè)計了一種可供讀和寫的系統(tǒng)電路圖。針對操作過程中憶阻器內(nèi)部狀態(tài)可能被讀取信號改變以及測量電流可能通過潛路徑流動造成目標(biāo)憶阻值判定錯誤的情況，分別采用統(tǒng)計恢復(fù)機(jī)制和平衡記憶模式來減小讀取誤差，提高交叉陣列數(shù)據(jù)的有效存儲量。引入編碼概念減少讀寫控制信號的復(fù)雜度，通過仿真統(tǒng)計驗(yàn)證了多模式下憶阻交叉陣列對邏輯0和邏輯1信息的存取效果。
　?、刍诮徊骊嚵薪Y(jié)構(gòu)的憶阻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對二值圖像的學(xué)習(xí)和識別研究