Попов_НГТУ-2015 ноябрь 16
.pdf
IBM TrueNorth КМОП чип эмуляции процессов опознавания и решения
Архитектура кремниевого чипа IBM с ~4.5 млрд. КМОП транзисторов, 256 млн. синапсов, 1 млн. нейронов и 4096 нейроморфных ядер
51 |
Dharmendra Modha et al., Science, 345 . 6197, 668-673, 2014 51 |
|
IBM TrueNorth КМОП чип эмуляции процессов опознавания и решения
IBM CMOS 32 nm technology with drive currents of 1550 µA/ µm at 100 nA off-current for the NMOS transistor, and 1210 µA/µm for the PMOS transistor
А) cхема связей для 4096 нейроморфных ядер (64 на схеме) IBM True North чипа с ~4.5 млрд. КМОП транзисторов; В) энергозатраты от частоты и числа синапсов; С) то же, но на 1 синапс .
52 |
Обучения нет! |
|
Тип участника движения кодирован цветом
Dharmendra Modha et al., Science, 345 . 6197, 2014 |
52 |
Элементная база электроники
Memristor - the missing circuit element,
L. O. Chua, IEEE Trans. Circuit Th. 18 (1971) 507-519.
Memristor
Memcapacitor
Meminductor
Traditional |
Emergent |
53
Элементная база новых схем памяти
The missing memristor found
D. B. Strukov, G. S. Snider, D. R. Stewart and R. S. Williams, Nature, 453, 80. (2008).
Memristors
y(t) g(x,u,t)u(t)
dxdt f (x,u,t)
Memory
Circuit
Elements
Memcapacitors |
Meminductors |
M. Di Ventra, YVP and L. Chua, Proceedings of the IEEE 97, 1717 (2009) |
54 |
|
Элементная база новых схем памяти
Мемристоры
(Chalcogenide, Ge2Sb2Te5)
Intel & Micron IEDM 2015
Механизм памяти: фазовый переход кристалл-аморф
Механизм памяти: формирование филамента
C. Schindler et al., APL 94, 072109 (2009)
Review: R.Waser and M. Aono,
Nature Mater. 6, 833 (2007)
55
Элементная база новых схем памяти
Pe-ПАМЯТЬ: фонон-облегченное туннелирование (HRS) и протекание (LRS)
ReRAM TaN/HfOx-Ni
d Энергетическая диаграмма модели крупномасштабных флуктуаций потенциала
[Шкловский, Б. И. ФТП 13, 93–97 (1979)].
Вклад в транспорт вносят электроны и дырки, преодолевшие пороги протекания We и Wh.
Invited at ECS Meeting: D.R.Islamov, V.A. Gritsenko, T.V. Perevalov. ECS Trans., 69 (2015) 197 |
56 |
Элементная база новых схем памяти
Memcapacitive systems
Geometry-based Permittivity-based
Delayed response
(Martinez-Rincon et al., PRB 2009; M. Krems et al, Nano Lett. 10,
2674 (2010))
C |
S |
|
d |
||
|
NEMS and MEMS capacitors
Permittivity switching
(Lai et al., APL 95, 213503 (2009))
J. Martinez-Rincon and YVP, IEEE |
|
Trans. El. Dev. 58, 1809 (2011) |
57 |
Прототип микромеханического транзистора с гибкой мембраной
GATE
|
|
|
|
|
|
FD FET |
|
Diamond |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
FD SOI FET |
|
|
|
4. AO/etching |
|
1E-5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Vsub=0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1E-6 |
Vs=0, Vd=0.1V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1E-7 |
d=1nm |
|
|
|
|
|
|
|
d=2nm |
|
|
|
|
|
|
1E-8 |
d=3nm |
|
|
|
|
|
|
d=4nm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1E-9 |
d=5nm |
|
|
|
|
|
|
d=9nm |
|
|
|
|
|
|
|
|
d=10nm |
|
|
|
|
|
A/um, |
1E-10 |
d=19nm |
|
|
|
|
|
|
d=20nm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1E-11 |
d=29nm |
|
|
|
|
|
|
d=30nm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
1E-12 |
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
1E-13 |
|
|
|
|
|
|
|
1E-14 |
2Gate nMOS |
|
|
|
|
|
|
|
Base Length 300nm |
|
|
|
|
|
|
1E-15 |
Base Thickness 30nm |
|
|
|
|
|
|
|
Base Doping P 6e16 cm-3 |
|
|
|
|
|
|
1E-16 |
Girder Oxide 20nm |
|
|
|
|
|
|
|
Top Oxide 20nm |
|
|
|
|
|
|
1E-17 |
BOX 300nm |
|
|
|
|
|
|
Gate/Substrate Al WorkFunction=4.25eV |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Diamond-Graphite-Diamond Membrane: |
|
1E-18 |
|
|
|||
|
|
-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 |
|
||||
H2II: 6x10 см |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V , V |
|
||
16 |
-2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g |
|
HPHT annealing: 1200oC 4 Gpa; |
Изменение тока на 8 порядков при Vg=-1.2 V |
|
|||||
Anodic etching; |
|
|
|
|
для интервала перемещений 20-100 нм |
|
|
Al evaporation; |
|
|
|
|
|
|
|
Membrane transfer. |
V.P. Popov, A.V. Antonov, I.N. Kupriyanov, et al. AIP Conf. Proceed., 2012 |
58 |
|||||
Альтернатива: AFET ?
ИФП
ФТИАН + ИФП
ИФ + ИФП
ИФП
Eli Yablonovitch Director, NSF Center for Energy Efficient Electronics Science (E3S) |
59 |
Синаптический транзистор: AFET in Ionic Liquid
Synaptic transistor
w(t) f |
(t |
post |
t |
pre |
) |
1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
(t) f |
2 |
(t |
drain |
t |
) |
|
|
|
source |
||
|
|
|
|
|
|
A correlated nickelate synaptic transistor works at 150oC! But VO2 can operate at only 68oC!
Phriram Ramanathan et al. Nat. Commun. 4:2676 doi: 10.1038/ncomms3676 (2013). |
60 |
|