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纳米忆阻器与神经形态计算

纳米忆阻器与神经形态计算
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作者: [美] （Pinaki Mazumder）
出版社: 机械工业出版社
2022-05
版次: 1
ISBN: 9787111704119
定价: 89.00
装帧: 其他
开本: 16开
纸张: 胶版纸
页数: 260页
字数: 359千字
分类: 计算机与互联网
5人买过
  • 本书旨在深入了解纳米级器件的工作原理，重点介绍非易失性存储器、神经网络训练/学习的各种应用的神经形态电路的设计，以及图像处理。 译者序

    前言

    致谢

    作者简介

    第1章　导论1

    　1.1　发现1

    　1.2　忆阻器2

    1.2.1　定义2

    1.2.2　理想忆阻器的直流响应4

    1.2.3　理想忆阻器的交流响应4

    1.2.4　理想忆阻器的交流响应：更高的频率5

    1.2.5　进一步观察6

    1.2.6　小结8

    　1.3　忆阻器件和系统8

    1.3.1　定义8

    1.3.2　电阻开关机制9

    1.3.3　离子传输10

    1.3.4　导电丝的形成11

    1.3.5　相变转换12

    1.3.6　谐振隧穿二极管14

    1.3.7　磁阻式存储器、纳米粒子和多态器件15

    　1.4　神经形态计算17

    1.4.1　忆阻突触18

    1.4.2　忆阻神经元18

    1.4.3　忆阻神经网络19

    　1.5　本章总结22

    　致谢22

    　参考文献23

    第2章　交叉阵列存储模拟和性能评估27

    　2.1　引言27

    2.1.1　动机27

    2.1.2　其他存储器28

    2.1.3　非晶硅交叉阵列存储单元29

    　2.2　结构30

    2.2.1　交叉阵列模型32

    　2.3　写入策略和电路实现35

    　2.4　读取策略和电路实现37

    　2.5　存储架构40

    　2.6　功耗45

    2.6.1　功耗估计45

    2.6.2　静态功率分析建模48

    　2.7　噪声分析51

    　2.8　面积开销53

    2.8.1　基于库的系统设计60

    　2.9　技术比较62

    　参考文献62

    第3章　基于忆阻器的数字存储器65

    　3.1　引言65

    　3.2　忆阻存储器的自适应读写66

    　3.3　仿真结果68

    3.3.1　高状态仿真68

    3.3.2　背景电阻扫描69

    3.3.3　小阻值扫描71

    3.3.4　二极管泄漏电流71

    3.3.5　功率建模72

    　3.4　自适应方法的结果与讨论75

    　3.5　本章总结77

    　参考文献77

    第4章　多级存储架构79

    　4.1　引言79

    　4.2　多状态存储架构81

    4.2.1　架构81

    4.2.2　读/写电路82

    4.2.3　阵列电压偏置方案83

    4.2.4　读/写操作流程84

    4.2.5　状态由来84

    　4.3　读/写操作86

    4.3.1　读/写仿真86

    4.3.2　读取相邻单元的干扰88

    　4.4　变化的影响90

    4.4.1　编程电压的变化90

    4.4.2　串联电阻的变化91

    4.4.3　减少影响的读取方案91

    4.4.4　阵列写入后的电阻分布93

    　4.5　本章总结94

    　参考文献94

    第5章　搭建忆阻器的神经形态组件98

    　5.1　引言98

    　5.2　使用忆阻器实现神经形态功能99

    5.2.1　侧抑制99

    5.2.2　返回抑制100

    5.2.3　重合检测100

    　5.3　CMOS忆阻器神经形态芯片103

    5.3.1　模拟示例:位置检测器103

    5.3.2　数字示例：多功能芯片架构107

    　5.4　本章总结110

    　参考文献111

    第6章　基于忆阻器的值迭代114

    　6.1　引言114

    　6.2　Q学习和忆阻器建模115

    　6.3　迷宫搜索应用116

    6.3.1　介绍116

    6.3.2　硬件架构117

    6.3.3　Q学习的硬件连接119

    　6.4　结果与讨论120

    　6.5　本章总结121

    　参考文献121

    第7章　基于隧道的细胞非线性网络结构在图像处理中的应用123

    　7.1　引言123

    　7.2　CNN工作原理124

    7.2.1　基于Chua和Yang模型的CNN124

    7.2.2　基于RTD模型的CNN方程125

    7.2.3　不同CNN模型之间的比较126

    　7.3　电路分析127

    7.3.1　稳定性128

    7.3.2　建立时间128

    　7.4　仿真结果131

    　7.5　本章总结133

    　参考文献134

    第8章　多峰谐振隧穿二极管的彩色图像处理136

    　8.1　引言136

    　8.2　基于多峰谐振隧穿二极管的彩色图像处理器138

    　8.3　颜色表示方法140

    　8.4　颜色量化141

    8.4.1　实现和结果141

    8.4.2　建立时间分析143

    8.4.3　能耗分析143

    　8.5　光滑函数144

    8.5.1　运行与结果144

    8.5.2　稳定时间145

    8.5.3　能耗分析145

    　8.6　颜色提取146

    　8.7　与数字信号处理芯片的比较149

    　8.8　稳定性150

    　8.9　本章总结151

    　参考文献152

    第9章　基于谐振隧穿二极管阵列的速度调谐滤波器设计154

    　9.1　引言154

    　9.2　基于RTD的速度调谐滤波器阵列155

    9.2.1　传统速度调谐滤波器155

    9.2.2　谐振隧穿二极管156

    9.2.3　速度调谐滤波器158

    　9.3　系统分析162

    9.3.1　速度调谐滤波器的时延分析162

    9.3.2　速度调谐滤波器的功耗分析163

    9.3.3　速度调谐滤波器的稳定性166

    　参考文献168

    第10章　基于量子点和可变电阻器件的可编程人工视网膜图像处理169

    　10.1　引言169

    　10.2　CNN结构170

    10.2.1　谐振隧穿二极管模型与偏置170

    10.2.2　单元结构171

    　10.3　编程可变电阻连接172

    　10.4　分析建模175

    10.4.1　边缘检测175

    10.4.2　线条检测177

    　10.5　仿真结果178

    10.5.1　边缘检测178

    10.5.2　线条检测181

    　10.6　本章总结181

    　参考文献181

    第11章　基于忆阻器的非线性细胞/神经网络:设计、分析及应用183

    　11.1　引言183

    　11.2　忆阻器基础184

    　11.3　基于忆阻
  • 内容简介:
    本书旨在深入了解纳米级器件的工作原理，重点介绍非易失性存储器、神经网络训练/学习的各种应用的神经形态电路的设计，以及图像处理。
  • 目录:
    译者序

    前言

    致谢

    作者简介

    第1章　导论1

    　1.1　发现1

    　1.2　忆阻器2

    1.2.1　定义2

    1.2.2　理想忆阻器的直流响应4

    1.2.3　理想忆阻器的交流响应4

    1.2.4　理想忆阻器的交流响应：更高的频率5

    1.2.5　进一步观察6

    1.2.6　小结8

    　1.3　忆阻器件和系统8

    1.3.1　定义8

    1.3.2　电阻开关机制9

    1.3.3　离子传输10

    1.3.4　导电丝的形成11

    1.3.5　相变转换12

    1.3.6　谐振隧穿二极管14

    1.3.7　磁阻式存储器、纳米粒子和多态器件15

    　1.4　神经形态计算17

    1.4.1　忆阻突触18

    1.4.2　忆阻神经元18

    1.4.3　忆阻神经网络19

    　1.5　本章总结22

    　致谢22

    　参考文献23

    第2章　交叉阵列存储模拟和性能评估27

    　2.1　引言27

    2.1.1　动机27

    2.1.2　其他存储器28

    2.1.3　非晶硅交叉阵列存储单元29

    　2.2　结构30

    2.2.1　交叉阵列模型32

    　2.3　写入策略和电路实现35

    　2.4　读取策略和电路实现37

    　2.5　存储架构40

    　2.6　功耗45

    2.6.1　功耗估计45

    2.6.2　静态功率分析建模48

    　2.7　噪声分析51

    　2.8　面积开销53

    2.8.1　基于库的系统设计60

    　2.9　技术比较62

    　参考文献62

    第3章　基于忆阻器的数字存储器65

    　3.1　引言65

    　3.2　忆阻存储器的自适应读写66

    　3.3　仿真结果68

    3.3.1　高状态仿真68

    3.3.2　背景电阻扫描69

    3.3.3　小阻值扫描71

    3.3.4　二极管泄漏电流71

    3.3.5　功率建模72

    　3.4　自适应方法的结果与讨论75

    　3.5　本章总结77

    　参考文献77

    第4章　多级存储架构79

    　4.1　引言79

    　4.2　多状态存储架构81

    4.2.1　架构81

    4.2.2　读/写电路82

    4.2.3　阵列电压偏置方案83

    4.2.4　读/写操作流程84

    4.2.5　状态由来84

    　4.3　读/写操作86

    4.3.1　读/写仿真86

    4.3.2　读取相邻单元的干扰88

    　4.4　变化的影响90

    4.4.1　编程电压的变化90

    4.4.2　串联电阻的变化91

    4.4.3　减少影响的读取方案91

    4.4.4　阵列写入后的电阻分布93

    　4.5　本章总结94

    　参考文献94

    第5章　搭建忆阻器的神经形态组件98

    　5.1　引言98

    　5.2　使用忆阻器实现神经形态功能99

    5.2.1　侧抑制99

    5.2.2　返回抑制100

    5.2.3　重合检测100

    　5.3　CMOS忆阻器神经形态芯片103

    5.3.1　模拟示例:位置检测器103

    5.3.2　数字示例：多功能芯片架构107

    　5.4　本章总结110

    　参考文献111

    第6章　基于忆阻器的值迭代114

    　6.1　引言114

    　6.2　Q学习和忆阻器建模115

    　6.3　迷宫搜索应用116

    6.3.1　介绍116

    6.3.2　硬件架构117

    6.3.3　Q学习的硬件连接119

    　6.4　结果与讨论120

    　6.5　本章总结121

    　参考文献121

    第7章　基于隧道的细胞非线性网络结构在图像处理中的应用123

    　7.1　引言123

    　7.2　CNN工作原理124

    7.2.1　基于Chua和Yang模型的CNN124

    7.2.2　基于RTD模型的CNN方程125

    7.2.3　不同CNN模型之间的比较126

    　7.3　电路分析127

    7.3.1　稳定性128

    7.3.2　建立时间128

    　7.4　仿真结果131

    　7.5　本章总结133

    　参考文献134

    第8章　多峰谐振隧穿二极管的彩色图像处理136

    　8.1　引言136

    　8.2　基于多峰谐振隧穿二极管的彩色图像处理器138

    　8.3　颜色表示方法140

    　8.4　颜色量化141

    8.4.1　实现和结果141

    8.4.2　建立时间分析143

    8.4.3　能耗分析143

    　8.5　光滑函数144

    8.5.1　运行与结果144

    8.5.2　稳定时间145

    8.5.3　能耗分析145

    　8.6　颜色提取146

    　8.7　与数字信号处理芯片的比较149

    　8.8　稳定性150

    　8.9　本章总结151

    　参考文献152

    第9章　基于谐振隧穿二极管阵列的速度调谐滤波器设计154

    　9.1　引言154

    　9.2　基于RTD的速度调谐滤波器阵列155

    9.2.1　传统速度调谐滤波器155

    9.2.2　谐振隧穿二极管156

    9.2.3　速度调谐滤波器158

    　9.3　系统分析162

    9.3.1　速度调谐滤波器的时延分析162

    9.3.2　速度调谐滤波器的功耗分析163

    9.3.3　速度调谐滤波器的稳定性166

    　参考文献168

    第10章　基于量子点和可变电阻器件的可编程人工视网膜图像处理169

    　10.1　引言169

    　10.2　CNN结构170

    10.2.1　谐振隧穿二极管模型与偏置170

    10.2.2　单元结构171

    　10.3　编程可变电阻连接172

    　10.4　分析建模175

    10.4.1　边缘检测175

    10.4.2　线条检测177

    　10.5　仿真结果178

    10.5.1　边缘检测178

    10.5.2　线条检测181

    　10.6　本章总结181

    　参考文献181

    第11章　基于忆阻器的非线性细胞/神经网络:设计、分析及应用183

    　11.1　引言183

    　11.2　忆阻器基础184

    　11.3　基于忆阻
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