模擬人類視覺的光電器件實現多樣化的傳感器計算

為了理解世界，大多數人在很大程度上依賴于他們的視野。最近的研究表明，人類視覺系統是分層的，這意味著它在不同的層面上處理信息，從感官刺激的低級處理到與更高級認知能力相關的高級處理。 aU!}j'5Q  
計算機科學家最近一直在嘗試開發(fā)模擬人類視覺系統層次結構的系統，以有效地處理不同級別的信息處理。實現這一目標的一種擬議方法是傳感器內計算，它需要將傳感、內存和處理功能集成到單個設備中。 thjr1y.e  
清華大學的研究人員最近開發(fā)了一種用于多樣化傳感器內計算的新型有前途的光電器件。該設備在發(fā)表在《自然納米技術》上的一篇論文中介紹，它基于完全集成的光電憶阻器 （OEM） 陣列，這些硬件組件可以處理和存儲信息。 /Hr|u  
Heyi Huang、Xiangpeng Liang 和他們的同事在他們的論文中寫道：“基于新興器件的傳感器內計算與互補金屬氧化物半導體 （CMOS） 電路的大規(guī)模單片集成仍然具有挑戰(zhàn)性，缺乏硬件級別的功能演示。我們報道了一個完全集成的 1 KB 陣列，具有 128 × 8 個單晶體管單光電憶阻器 （OEM） 單元和硅 CMOS 電路，它具有可配置的多模式功能，包括三種不同模式的電子憶阻器、動態(tài) OEM 和非易失性 OEM （NV-OEM）�！� uo"<}>iJ  
研究人員展示的設備利用電和光同時處理信息和存儲數據，這對于傳感器內計算應用至關重要。OEM 采用分層結構，各種材料 （Pd/TiOx/ZnO/TiN） 相互重疊。 'OY4Q'Z  
值得注意的是，該團隊完全集成的 OEM 陣列具有不同的可配置操作模式。這些模式允許系統模擬人類視覺系統的分層信息處理。 _*mn4n=  
Huang、Liang和他們的同事寫道：“這些模式是通過協同光學和電操作調節(jié)氧空位內的電荷密度來配置的，差分相差掃描透射電子顯微鏡證實了這一點�！� ?;XO1cs  
到目前為止，研究人員已經在一系列初步實驗中評估了他們基于 OEM 的設備，使用它來運行計算機視覺算法。他們的發(fā)現非常有希望，因為 OEM 陣列在測試的所有三個視覺任務上都實現了良好的精度，同時功耗也更低。 DbMVbgz<e  
Huang, Liang和他們的同事寫道：“使用這個 OEM 系統，展示了三個視覺處理任務：NV-OEM 模式的識別準確率從 85.7% 提高到 96.1% 的圖像傳感預處理，使用動態(tài) OEM 和 NV-OEM 模式的更高級目標跟蹤，準確率達到 96.1%，以及完全基于 OEM 的傳感器內儲層計算系統的人體運動識別，準確率達到 91.2%。系統級基準測試進一步表明，它消耗的能源比圖形處理單元少 20 倍以上�！� z?byNd8  
該研究團隊最近的研究引入了一種新的經濟高效的光電平臺，該平臺可能被證明有利于實現各種傳感器內計算應用。作為他們下一步研究的一部分，Huang、Liang 和他們的同事可以進一步優(yōu)化他們系統的性能，例如在 OEM 的頂部電極上使用透明材料來提高他們的光吸收率。
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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1038/s41565-024-01794-z