Однією з основних компонент нейроморфним обчислень, в загальному, і нейроморфних чіпів, зокрема, є синапс або система передачі збудження від нейрона до нейрона, бо сам нейрон часто є лише металеву стрічку, провідник. Синапс в нервової тканини - місце контакту між двома нейронами або між нейроном і одержує сигнал ефекторних клітиною, яке служить для передачі нервового імпульсу.
Основні елементи нервової клітини
По механізму передачі такого імпульсу синапси можна розділити на хімічні - тобто за допомогою молекул нейромедіаторів - і електричні - тобто за рахунок «пробою» міжклітинної рідини електричним імпульсом. Електричні синапси являють собою пару клітинних мембран, які перебувають на дуже близькій відстані (всього кілька нм) один від одного за рахунок особливих білків, які і виконують функції з перенесення збудження.
Зазвичай дані про конкретному пристрої або використовуваної моделі нейроморфного чіпа і типі з'єднань в ньому нейронів в мережу є ноу-хау і предметом NDA (not-disclosure agreement), проте в чисто наукових, що не відносяться до індустрії публікаціях можна зачерпнути чимало інформації про їх пристрої.
(A) Звичайний 2D масив для електричної нейромережі, де кожен синапс знаходиться на перетині провідних ліній пре-нейрона і пост-нейрона. (B) Електрична схема концепту з синапсами на основі пристрою з перемикається опором (resistive switching device). (С) Максимально компактна схема розташування синапсів (high-density application). (D) Схема розташування синапсів для обчислень з максимальною точністю (high-accuracy computation). (E) TEM-зображення поперечного зрізу отриманого електричного синапсу.
Основою розробки стали матеріали з перемикається опором, наприклад, HfOx або HfOx / AlOy. які в залежності від тривалості і амплітуди прикладеної напруги можуть змінювати свої резистивних властивості в широких межах - потенційно більш 3 порядків від 10 3 до 10 6 Ом. Відбувається таке перемикання за рахунок міграції і перебудови кисневих вакансій всередині оксидів.
І для того, щоб перевірити електронні синапси в справі, був створений двошаровий нейроморфний чіп, перший шар якого складався з 32 x 32 нейронів, чутливих до яскравості пікселів, а другий - з 16 нейронів кортекса. з'єднаних звичайними або тривимірними електричними синапсами. Результати на обличчя: тривимірний електронний синапс дає краще розпізнавання в порівнянні зі звичайним за рахунок меншого відхилення опору. При цьому тренування проходить при зниженому електроспоживанні імпульсами в 50 нс, при напрузі нижче 2.5В і струмі нижче 0.3 мкA
(A) Велика кількість кисневих вакансій призводить до низького опору і, навпаки, (b) їх недолік означає високий опір і низький струм. (С) Відхилення опору в залежності від витраченої енергії. (D) патерн, який використовується для тренування системи. (E-f) Паттерни, отримані за допомогою звичайної нейромережі і створеної на базі тривимірних синапсів, відповідно. (G) Точність розпізнавання.