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Controlling and Observing Filaments For Enhanced memristive Elements

Description du projet

La «santé» du cerveau neuromorphique: améliorer les performances des memristors

Les memristors, ou résistances de mémoire, ont été proposés pour la première fois il y a près d’un demi-siècle comme le quatrième élément fondamental des circuits électriques, avec les résistances, les condensateurs et les inductances. On ne voyait toutefois pas comment les construire. Leur première démonstration a eu lieu en 2008 grâce aux propriétés électriques de certains dispositifs nanométriques. Grâce à leurs valeurs de résistance ajustables sur un continuum, dont ils se «souviennent» même lorsque l’alimentation est coupée, ils peuvent faire office de synapses et stocker des «souvenirs». Bien que susceptibles de devenir la technologie habilitante de l’informatique neuromorphique, ils ont besoin d’un stimulant technologique. Le projet COFFEE, financé par l’UE, a pour objectif d’optimiser les propriétés physiques et fonctionnelles des memristors constitués de filaments conducteurs afin qu’ils puissent effectuer des tâches de calcul dans des réseaux neuronaux.

Objectif

With modern data demands and computational burdens rapidly expanding, technology must quickly move beyond the traditional von Neumann architecture that has driven computational advances since the 20th century. Taking its inspiration from the remarkable plasticity and power efficiency of the human brain, neuromorphic computing offers a promising approach to overcome the fundamental limitations imposed by the von Neumann architecture and the imminent demise of Moore’s Law. One notable formulation of neuromorphic hardware relies on analog memory elements called memristors (resistive switching devices). While resistive switching is a well-known phenomenon, its implementation in neuromorphic computing currently suffers from several serious issues, including significant device-to-device variations, binary (as opposed to analog) switching and cycle-to-cycle variability. In COFFEE (Controlling and Observing Filaments For Enhanced memristive Elements), we seek to overcome these shortcomings by studying the fundamental materials physics of conductive filaments as well as through iterative and targeted device optimization efforts. We will utilize novel experimental techniques, including in operando transmission electron microscopy (TEM) and scanning thermal microscopy (SThM), to visualize the formation and behavior of conductive filaments in practical devices. Insights gained from filament visualization experiments will be used to modify device design through geometric, chemical, and electrode engineering in the hopes of improving device performance. Improved memristors will be used for the fabrication of cross-bar arrays to perform benchmark computational tasks in neural network hardware and for neural network simulations. Through the study of conductive filaments and targeted engineering efforts, the performance of filamentary memristors can likely be dramatically improved and their implementation in viable neuromorphic technologies can move closer to reality.

Coordinateur

IBM RESEARCH GMBH
Contribution nette de l'UE
€ 203 149,44
Adresse
SAEUMERSTRASSE 4
8803 Rueschlikon
Suisse

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Région
Schweiz/Suisse/Svizzera Zürich Zürich
Type d’activité
Private for-profit entities (excluding Higher or Secondary Education Establishments)
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Coût total
€ 203 149,44