Спайковая нейронная сеть, интегрированная с нейроном на основе полевого транзистора с ударной ионизацией и синапсом на основе сегнетоэлектрического полевого транзистора

Интеграция искусственных спайковых нейронов, основанных на логических устройствах с крутым переключением, и искусственных синапсов с нейроморфными функциями позволяет создать энергоэффективную компьютерную архитектуру, хорошо имитирующую человеческий мозг, — спайковую нейронную сеть (SNN). Двумерные (2D) материалы, обладающие свойствами ударной ионизации или сегнетоэлектрическими свойствами, перспективны для применения в таких устройствах. Однако исследования 2D-спайковых нейронов пока ограничены, тогда как 2D-искусственные синапсы изучены значительно лучше. Инновационный 2D-спайковый нейрон реализован на основе полевого транзистора с ударной ионизацией из WSe₂ (I₂FET), а спайковая нейронная сеть сформирована путем его объединения с 2D-сегнетоэлектрическим синаптическим устройством (FeFET). Предложенный 2D-спайковый нейрон демонстрирует точное спайковое поведение, близкое к поведению реальных нейронов. Кроме того, его энергопотребление составляет всего 2 пДж на спайк. Такая эффективность обусловлена превосходными свойствами WSe₂ в отношении ударной ионизации. Помимо этого, создана полностью 2D-спайковая нейронная сеть, состоящая из 2D-нейронов I₂FET и 2D-синапсов FeFET, которая обеспечивает точность 87,5% при классификации лиц методом обучения без учителя. Интеграция 2D-спайковой нейронной сети с 2D-спайковыми нейронными устройствами на основе крутых переключений и 2D-синаптическими устройствами демонстрирует значительный потенциал для разработки нейроморфных систем с повышенной энергоэффективностью и вычислительными возможностями.