Neuristor

Ein Neuristor ist das einfachste elektronische Element, welches das Verhalten eines einfachen Neurons nachbilden kann. Es handelt sich um eine hypothetische Implementierung eines Neuronenmodells. Ein Neuristor besteht aus einer Reihe von Memristoren, welche die Synapsen abbilden, sowie einem Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET).

Technische Realisierung

Datei:Neuristor.svg

Schaltung aus mehreren Memristor-basierten Neuristoren nach dem Hodgkin-Huxley-Modell.

In der Praxis konnten bislang Neuristoren mit einem Crossbar-Layer mit Memristoren aus einem Titan(IV)-oxid- oder Niob(IV)-oxid-Film, sowie einem n-Kanal-Anreichreicherungstyp-MOSFET in Silizium-CMOS-Technik gezeigt werden.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}| |}}}}{{#if:Adam Stevenson|Adam Stevenson: }}{{#if:|{{#if:Logic circuits that program themselves: memristors in action|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Logic circuits that program themselves: memristors in action}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://arstechnica.com/science/2009/01/logic-circuits-that-program-themselves-memristors-in-action/%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Logic circuits that program themselves: memristors in action}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://arstechnica.com/science/2009/01/logic-circuits-that-program-themselves-memristors-in-action/}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Logic circuits that program themselves: memristors in action}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:arstechnica2009-01-28{{#if: 2012-12-31 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Derzeit befinden sich auch Memristoren in Entwicklung, bei denen mehrere Memristor-Crossbar-Layer zu einer dreidimensionalen Struktur übereinandergelegt und verbunden werden.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}| |}}}}{{#if:Konstantin K. Likharev|Konstantin K. Likharev: }}{{#if:|{{#if:CrossNets: Neuromorphic Hybrid CMSO/Nanoelectronic Networks|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=CrossNets: Neuromorphic Hybrid CMSO/Nanoelectronic Networks}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.yumpu.com/en/mobile/view/6517626%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=CrossNets: Neuromorphic Hybrid CMSO/Nanoelectronic Networks}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.yumpu.com/en/mobile/view/6517626}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=CrossNets: Neuromorphic Hybrid CMSO/Nanoelectronic Networks}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:Science of Advanced Materials (Vol. 3)American Scientific Publishers2011322–331{{#if: 2014-01-11 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Datei:Hybrid CMOS Memristor Schaltung.svg

Schematischer Aufbau eines Neuristors in CMOS-Technik mit MOSFET und Memristor-Crossbar

Datei:Hybrid CMOS Memristor Schaltung 3D.svg

Schematischer Aufbau eines Neuristors in CMOS-Technik mit MOSFET und mehreren Memristor-Crossbar-Layern

Der Aufbau ist mit Spin-FETs kompatibel und kann daher auch in Spintronik verwendet werden, wodurch erhebliche Energieeinsparungen möglich sind. Allerdings wurde der Aufbau mit Spin-FETs bisher nur im Computer simuliert, während eine technische Realisierung aussteht.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

Alternativ zu Memristoren wird auch die Verwendung von magnetischen Tunnelkontakten ({{#invoke:Vorlage:lang|flat}}; MTJ) erforscht.<ref name="STT" />

Verwendung

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Neuristoren lassen sich als Bauteil zum Aufbau künstlicher neuronaler Netze verwenden, die auf gepulsten Neuronalen Netzen (engl. Spiking-Neuron-Model) beruhen. Damit lassen sich biologische neuronale Schaltkreise im Rahmen des Neuromorphings effizient nachbilden. Diese Schaltkreise arbeiten bei bestimmten Aufgaben – etwa die Mustererkennung und die Simulation großer biologischer neuronaler Schaltkreise – effizienter als herkömmliche Logikschaltungen.

Einzelnachweise

<references> <ref name="STT"> {{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}| |}}}}{{#if:Adrien F. Vincent, Jérôme Larroque et al.|Adrien F. Vincent, Jérôme Larroque et al.: }}{{#if:|{{#if:Spin-Transfer Torque Magnetic Memory as a Stochastic Memristive Synapse for Neuromorphic Systems|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Spin-Transfer Torque Magnetic Memory as a Stochastic Memristive Synapse for Neuromorphic Systems}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.researchgate.net/publication/275645202_Spin-Transfer_Torque_Magnetic_Memory_as_a_Stochastic_Memristive_Synapse_for_Neuromorphic_Systems%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Spin-Transfer Torque Magnetic Memory as a Stochastic Memristive Synapse for Neuromorphic Systems}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.researchgate.net/publication/275645202_Spin-Transfer_Torque_Magnetic_Memory_as_a_Stochastic_Memristive_Synapse_for_Neuromorphic_Systems}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Spin-Transfer Torque Magnetic Memory as a Stochastic Memristive Synapse for Neuromorphic Systems}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems2015-04{{#if: 2017-03-01 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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