Connecting Spiking Neurons to a Spiking Memristor Network Changes the Memristor Dynamics

A szakemberek várakozása szerint a nemrisztorok új neuromorf számítások új alapelemei lehetnek. A neuronok Hodgkin-Huxley modellje valamint a tüzelések időfüggő plaszticitása mind hatékonyan modellezhető a memrisztorok elméletével. A memrisztork egyenáramú válasza egy áramtüske. A fenti három tény miatt javasoljuk a memrisztorok közvetlen neuronokhoz történő interfészelését. Ebben a tanulmányban megmutatjuk, hogy egy memrisztor hálózatot neuron sejtekhez csatlakoztatva megváltozik a memrisztorhálózat dinamikája, aminek a hatásai részletesen be vannak mutatva a cikkben. Ez azt mutatja, hogy a neuronok számítógépes fordítás nélkül képesek közvetlenük kommunikálni a memrisztorokkal, aminek a hatásai részletesen be vannak mutatva a cikkben.

Gater, Deborah, et al. "Connecting Spiking Neurons to a Spiking Memristor Network Changes the Memristor Dynamics." arXiv preprint arXiv:1402.4029(2014).

Is Spiking Logic the Route to Memristor-Based Computers?

A nemrisztorok magukban hordozzák a neuromorfikus számítások új lehetőségét az idegsejtek (szinapszisok és ion pumpák) és memrisztorok hasonlósága miatt. A memrisztor egyenáramra történő viselkedése egy áram-tüske, ami vélemányünk szerint hasznos eleme lehet memrisztoroból épített számítógépeknek. Cikkünkben vizsgálataink alapján négy logikai megállapítást mutatunk be szekvenciális logika memrisztorokkal történő megvalósításához. Megmutatjuk, hogy a memrisztor alapú szekvenciális logikával lehetőség van NOT kapu, AND kapu, teljes összegző megvalósítására akár egyetlen memrisztorral történő megvalósítására is. A teljes összeadó memrisztor memóriát használ három bináris jegy összeadásához, ahol a kimenet az eredmény, a carry bit és továbbá a bemeneti sorrend is. 

Gale, Ella, Ben de Lacy Costello, and Andrew Adamatzky. "Is Spiking Logic the Route to Memristor-Based Computers?." arXiv preprint arXiv:1402.4036(2014).

The Short-term Memory (DC Response) of the Memristor Demonstrates the Causes of the Memristor Frequency Effect

A memrisztort gyakran azonosítják jellegzetes, megnyúlt hiszterézis görbéjével és annak tesztelése során megfigyelhető frekvenciahatással. A hiszterézis mérete arányos a frekvenciával és nullára csökken ha a frekvencia végtelenhez tart. Bár matematikailag érthető, anyagtudományi okai nem jól ismerjük. A memrisztor egyenáramú válasza egy hanyatló görbe saját időskáláján. Matematikai érveléssel alátámasztva megmutatjuk, hogy a váltakozó áram transzformáció során a frekvencia hatást is figyelembe véve a hanyatló görbe diszkretizált görbéhez vezet. Ezek után megmutatjuk két, különböző memrisztor típusból származó kísérleti adatokon a megközelítés érvényességét.

Gale, Ella, et al. "The Short-term Memory (DC Response) of the Memristor Demonstrates the Causes of the Memristor Frequency Effect." arXiv preprint arXiv:1402.4013 (2014).

Memristor Crossbar-Based Neuromorphic Computing System: A Case Study

A masszívan párhuzamos biológiai rendszerek mintáját követve, az információ feldolgozására a neuromorf hardverek kompakt és energiahatékony platformot biztosítanak. A hagyományos Neumann architektúrának illetve a korlátozott számú csatlakozásoknak számos hátránya van, ami súlyosan korlátozza a hardveres implementációk skálázhatóságát és teljesítményét. A memrisztorok és biológiai színapszisok hasonlósága miatt az utóbbi időban számos kutatás keretében vizsgálták a nemrég felfedezett memrisztor neuromorf rendszerekben történő alkalmazhatóságát. Ebben a tanulmányban a szerzők a memrisztorokból alkotott ún. crossbar tömb, mint autóasszociatív memória működését és annak ún. brain-state-in-a-box (BSB) neurális hálózatként történő alkalmazását vizsgálják. Kiemelten a több választásos karakterfelismerő folyamat visszahívási és tanulási folyamatainak elemzését végzik el. A BSB hálózat robosztusságának elemzése és kiértékelése kiterjesztett Monte Carlo szimulációval történik, figyelembe véve a bemeneti hibákat és a folyamat szórását. Az eredmények azt mutatják, hogy a javasolt hardver-alapú tanító rendszer csökkenti, sőt meg is szünteti a letöbb zaj miatt adódó problémát.

Hu, M.; Li, H.; Chen, Y.; Wu, Q.; Rose, G.S.; Linderman, R.W., "Memristor Crossbar-Based Neuromorphic Computing System: A Case Study," Neural Networks and Learning Systems, IEEE Transactions on , vol.PP, no.99, pp.1,1

Behavior of Multiple Memristor Circuits

A memrisztor egy olyan új áramköri elem, aminek a feszültség és áram kapcsolatát egy állapot-függő Ohm-törvény definiálja. A közelmúltban több sikeres fizikai implementációja is született, azonban elektromos jellemzőit még nem ismerjük teljesen. Mint a többi alapvető áramköri elem (ellenállás, tekercs, kondenzátor) esetében, több memrisztorból is különböző áramköri konfigurációk alakíthatóak ki, mint például soros és párhuzamos kapcsolások különböző alkalmazási célokra. Amikor több memrisztort tartalmazó áramkörre kapcsolunk feszültséget illetve áramot, az adott eszköz viselkedése bonyolulttá válik és nehéz azt előre megjósolni. Ebben a cikkben a memrisztorok soros és párhuzamos áramköri kapcsolásait vizsgálják lineáris és nemlineáris modellek alkalmazásával. Továbbá, egy memrisztor viselkedésének matematikai leírására, valamint több memrisztort tartalmazó áramkörök általános számítására is javasolnak módszert. 

Budhathoki, Ram Kaji, Maheshwar P. Sah, Shyam Prasad Adhikari, Hyongsuk Kim, and Leon Chua. "Behavior of Multiple Memristor Circuits." In Memristor Networks, pp. 323-349. Springer International Publishing, 2014.

Bionics: At the crossroads of Biotechnology and Information Technologies

Bionika - új irányzat az információ-technológia, a biotechnológia és a nanotechnológiák határán:
From Cellular Wave Computing to Lab on a Chip technologies
Az Olasz Köztársaság Külügyminisztériumával közösen rendezett tudományos tanácskozás

"A bionika az innovativ technológiák átfogó területe, amely az információs technológia, a biotechnológia és a nanotechnológia határterületén helyezkedik el, és amelynek már most jelentős, és gyorsan növekvő piacai vannak az egészségügy sok területén. Tágabb vonzáskörébe nemcsak a beültetett implantátumok és protézisek tartoznak, de a modern mikrofluidikai dignosztikai rendszerek, mint a Lab-on-a-Chip technológia, a személyes orvoslás és a molekuláris diagnozisok számítógépes módszerei is. A Torinói Műegyetem és a Pázmány Egyetem Információs Technológiai és Bionikai kara már évek óta rendez közös tudományos összejöveteleket ebben a témakörben. Az Olasz Külügyminisztérium Tudományos és Technológiai Együttmüködésért felelős részlegének kezdeményezésére ez a rendezvény az Olasz-Magyar Kulturális Év programjába is bekerült. A Budapesti Olasz Kultúrintézet által szervezett rendezvényen a trieszti Nemzetközi Génsebészeti és Biotechnológiai Központ előadói fogják bemutatni az Olasz Külügyminisztérium által támogatott biotechnológiai együttműködések rendszerét. A tanácskozás célja, hogy párbeszédet kezdeményezzen e széles, interdiszciplináris terület résztvevői között, és hogy előmozdítsa az olasz-magyar kapcsolatokat ezen a gyorsan fejlődő területen."

A "Bio-inspired and neuromorphic circuits" előadást tartó Fernando Corinto Professzor egyik fő kutatási területe a memrisztorok neuromorf alkalmazásainak vizsgálata. Tanulmányaiban és előadásaiban memrisztorokat tartalmazó nem-lineáris áramkörök dinamikáját vizsgálja, melyek alapegységei lehetnek memrisztorokra épülő bio-inspirált rendszerek és nem felejtő memóriák felépítéséhez. Egy egyszerű memrisztort tartalmazó oszcillátor áramkörnek is gazdag, komplex viselkedése van, amely mérnöki értelemben akár kaotikus is lehet. Egyik fontos eredménye a Hodgkin-Huxley neurális modellt memrisztorokkal megvalósító áramkör megvalósítása és viselkedésének elemzése. 

A memristor SPICE model accounting for volatile characteristics of practical ReRAM

A nemrég felfedezett memrisztor néven ismert nano-ionic eszközök nagyméretű áramkörökben történő alkalmazása függ előfeszített állapotban történő viselkedésének pontos modellezhetőségtől. Jelenleg az összes elérhető memrisztor SPICE modell csak a nem-volatilis karakterisztikát veszi figyelembe. A legújabb gyakorlati ReRAM-mal kapcsolatos tanulmányok volatilis jelenségeket is bemutatnak, ezért elengedhetetlen, hogy ez a viselkedés is megjelenjen a modellezésben. Ebben a cikkben egy olyan új memrisztor SPICE modellt mutatunk be, ami figyelembe veszi mind a volatilis, mind a nem volatilis hatásokat. A modell több szimulaciós eseten keresztül kerül bemutatásra, valamint az eredmények TiO2 ReRAM eszköz mérési eredményeivel is össze vannak vetve. 

Berdan, R., Lim, C., Khiat, A., Papavassiliou, C. and Prodromakis, T. (2013) A memristor SPICE model accounting for volatile characteristics of practical ReRAM. IEEE Electron Device Letters.