[实用新型]一种基于忆阻器的神经网络权重存储芯片

说明书

本实用新型公开了一种基于忆阻器的神经网络权重存储芯片，包括绝缘衬底、惰性底电极阵列、忆阻中间功能层和惰性顶电极阵列四层结构。顶电极阵列和底电极阵列垂直分布，交叉位置构成忆阻器件。本实用新型提出的基于忆阻器的神经网络权重存储芯片可以非易失存储各种复杂神经网路的权重参数，具有提高人工智能系统能效的潜力，可广泛用于人工智能终端。

技术领域

本实用新型涉及到多值存储芯片，一种基于忆阻器的神经网络权重存储芯片。

背景技术

随着人工智能技术的发展深入，神经网络的规模越来越大，训练神经网络产生的权值参数达到万亿级别。使用传统的存储器存储一个权重参数需要至少24个存储器件，存储成本高昂。开发多值存储器，使一个存储器能够存储一个权重参数，能够大大降低存储成本。

忆阻器是一种具有信息存储功能的纳米信息器件，其电阻状态能伴随电荷的流经而发生可逆变化，变化程度和极性与电荷流经的数量和方向有关，当掉电时，器件能够非易失性地保持当前状态。忆阻器的阻值可以在多个状态间切换，与现有CMOS工艺兼容、可微缩性好、集成密度高、速度快、能耗低等诸多优点，是一种非常具有发展潜力的多值存储器件。

基于以上背景，本实用新型提出一种基于忆阻器的神经网络权重存储芯片，利用忆阻器阵列存储神经网络权重参数，一个忆阻器可以存储一个权重参数，有望用于人工智能硬件终端。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种基于忆阻器的神经网络权重存储芯片，其具有多值性、高密度、低成本等潜在的特性和优点，另外其制作工艺与CMOS工艺兼容。

(二)技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供了一种基于忆阻器的神经网络权重存储芯片，包括：绝缘衬底(1)，可以是柔性或者刚性；第一惰性金属条(2)阵列，用作底电极；形成于第一惰性金属条(2)阵列之上的忆阻功能层(3)，作为有源层具有电阻连续可调性，用于存储神经网络权重；形成于忆阻功能层(3)之上的第二惰性金属条(4)阵列，用作顶电极。

上述方案中，所述绝缘衬底(1)可以是柔性材料，如PDMS、Parylene和PET等，也可以是刚性材料，如表面具有氧化硅或者氮化硅绝缘层的硅。

上述方案中，所述第一惰性金属条(2)和第二惰性金属条(4)宽度最下可达1nm，长度最大可达1cm，厚度最小可达0.4nm，材料可以是石墨烯或者碳纳米管等惰性金属材料。

上述方案中，所述忆阻功能层(3)为绝缘材料，材料内部存在点缺陷，其在电场作用下会迁移，实现电阻非易失可调，忆阻功能层的厚度最小可达0.4nm。

上述方案中，所述第一惰性金属条(2)和第二惰性金属条(4)及交叉位置的忆阻功能层(3) 构成单元忆阻器件，每个忆阻器能够存储一个神经网络权重值。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的基于忆阻器的神经网络权重存储芯片，包括惰性顶电极阵列、忆阻功能层、惰性底电极阵列和绝缘衬底等四部分，旨在提高存储神经网络权重参数的效率。忆阻器具有多值性，一个忆阻器可以存储一个神经网络权重参数。

2、本实用新型提供的基于忆阻器的神经网络权重存储芯片，用于存储神经网络权重参数，可广泛用于人工智能硬件终端，具有高能效。

3、本实用新型提供的基于忆阻器的神经网络权重存储芯片，顶电极、功能层和底电极的厚度可以达到单原子层级，能够极大提高忆阻器阵列的集成度，具有三维集成潜力。

附图说明