| Название НИОКТР |
Разработка мемристорного чипа на основе аморфного кремния для нейроморфных вычислений
|
| Аннотация |
Современная архитектура вычислительных систем фон Неймана имеет ограничения, связанные с перемещением данных между процессором и памятью. Альтернативный подход, основанный на вычислениях в памяти с использованием мемристоров, позволяет значительно увеличить эффективность обработки данных. Мемристоры могут применяться в областях, где требуется быстрая обработка больших массивов данных, таких как системы распознавания изображений, либо в периферийных устройствах, требующих энергоэффективной обработки ограниченного объема данных. Улучшение характеристик мемристоров, таких как стабильность и вариативность переключения состояний, позволит создать энергоэффективные нейроморфные чипы, преодолевающие ограничения текущих вычислительных систем.
Разработка алгоритмов нейроморфных вычислений и растущая потребность в их использовании на периферийных устройствах требует создания специализированных процессоров с новой архитектурой и элементной базой. Мемристоры представляют собой перспективные вычислительно-запоминающие элементы для нейроморфных чипов. Однако, их применение ограничивается нестабильностью переключения между резистивными состояниями и паразитными токами в кроссбар-матрицах. Проект направлен на преодоление этих ограничений путем улучшения технологий производства самих мемристоров и разработки селекторов для подавления паразитных токов.
Целью проекта является разработка и производство нейроморфных чипов на основе мемристоров для реализации алгоритмов машинного обучения на периферийных устройствах. Основными научными компонентами являются исследование ионной динамики и электронного транспорта в мемристорах на основе аморфного кремния, а также создание нейроморфной вычислительной системы с трехслойной нейронной сетью.
В мемристорах будет использоваться аморфный кремний в качестве среды для формирования канала, а в качестве активных металлов — медь и/или серебро. Исследования будут включать влияние легирующей примеси титана в аморфном кремнии на характеристики мемристоров. Ожидается, что примесь титана создаст устойчивую структуру для каналов проводимости, что улучшит воспроизводимость переключения состояний.
Также будет изучено влияние температуры столика при магнетронном осаждении аморфного кремния на структуру материала и, следовательно, на функциональность мемристоров. В проекте предусмотрены эксперименты с различными температурами осаждения и степенью легирования аморфного кремния.
Для улучшения характеристик кроссбар-матрицы мемристоров будут использоваться селекторы Ti\TiO2\Ti, подавляющие паразитные токи. Селекторы будут встроены в мемристор между активной областью и нижним электродом.
Методы изготовления мемристоров включают фотолитографию, электронную литографию, плазменное травление и магнетронное напыление. Исследования динамики носителей заряда и характеризация образцов будут проводиться на основе измерений вольтамперных характеристик (ВАХ), зависимостей тока от времени при постоянном напряжении и импульсных измерений.
Для создания перцептрона будут использованы кроссбар-матрицы мемристоров, способные выполнять операцию векторно-матричного умножения. В дальнейшем предполагается исследовать три вида нейронов с различными активационными функциями: линейной, сигмоидальной и близкой к ReLU.
Исследовательская группа располагает необходимой экспериментальной базой для изготовления матрицы мемристоров, и экспериментальными установки для определения характеристик отдельных мемристоров и кроссбар-матриц.
|
| Доступ к ОКОГУ исполнителя |
False
|
| Количество связанных РИД |
0
|
| Количество завершенных ИКРБС |
0
|
| Сумма бюджета |
3000.0
|
| Дата начала |
2025-01-01
|
| Дата окончания |
2026-12-31
|
| Номер контракта |
25-29-00544
|
| Дата контракта |
2024-12-26
|
| Количество отчетов |
1
|
| УДК |
004.387
|
| Количество просмотров |
6
|
| Руководитель работы |
КЛИМЕНКО ОЛЕГ АЛЕКСАНДРОВИЧ
|
| Руководитель организации |
Романова Дарья Александровна
|
| Исполнитель |
АВТОНОМНАЯ НЕКОММЕРЧЕСКАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "СКОЛКОВСКИЙ ИНСТИТУТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ"
|
| Заказчик |
Российский научный фонд
|
| Федеральная программа |
Отсутствует
|
| Госпрограмма |
—
|
| Основание НИОКТР |
Грант
|
| Последний статус |
2025-07-16 18:44:06 UTC, 2025-07-16 18:44:06 UTC
|
| ОКПД |
Нет
|
| Отраслевой сегмент |
—
|
| Минздрав |
—
|
| Межгосударственная целевая программа |
—
|
| Ключевые слова |
мемристор; нейроморфные вычисления; аморфный кремний; кроссбар архитектура
|
| Соисполнители |
—
|
| Типы НИОКТР |
Поисковое (ориентированные фундаментальные) исследование
|
| Приоритетные направления |
Индустрия наносистем
|
| Критические технологии |
Технологии наноустройств и микросистемной техники
|
| Рубрикатор |
47.09.48 - Наноматериалы для электроники; 50.11.99 - Другие запоминающие устройства; 50.09.35 - Аналоговые элементы, узлы и устройства
|
| OECD |
—
|
| OESR |
Физика конденсированного состояния (включая физику твердого тела, сверхпроводимость); Электротехника и электроника; Нано-материалы [производство и свойства]; Нано-процессы [применение на наноуровне]; (биоматериалы относятся к разделу 2.9)
|
| Приоритеты научно-технического развития |
а) переход к передовым технологиям проектирования и создания высокотехнологичной продукции, основанным на применении интеллектуальных производственных решений, роботизированных и высокопроизводительных вычислительных систем, новых материалов и химических соединений, результатов обработки больших объемов данных, технологий машинного обучения и искусственного интеллекта;
|
| Регистрационные номера |
—
|
