Bio-inspired Architectures With Memris4ve Devices & - PowerPoint PPT Presentation

Bio-­‑inspired ¡Architectures ¡With ¡ Memris4ve ¡Devices ¡& ¡Energy ¡ Efficient ¡Coding ¡Scheme ¡ Jacques-­‑Olivier ¡Klein ¡ IEF, ¡CNRS, ¡Université ¡Paris-­‑Sud ¡ Orsay, ¡France ¡ 1 ¡

Room ¡for ¡« ¡green ¡» ¡ICT ¡? ¡ 2 ¡

Why ¡is ¡it ¡« ¡green ¡» ¡? ¡ High ¡Speed ¡ Parallel ¡ Low ¡Power ¡ Reliability ¡ 3 ¡

Zero ¡Standby ¡Power ¡ […] ¡same ¡devices ¡serve ¡simultaneously ¡as ¡ gates ¡(logic) ¡and ¡latches ¡(memory) ¡that ¡use ¡ 4 ¡ resistance ¡instead ¡of ¡voltage[…] ¡

Today ¡ Applica4ons ¡ Applica4ons ¡ System ¡ System ¡ Circuits ¡ Applica4ons ¡ System ¡ Models ¡ ¡ s t i u c r i C Circuits ¡ Emerging ¡ Emerging ¡ CMOS ¡ Devices ¡ Devices ¡ CMOS ¡demonstrator ¡ Experimental ¡demonstra4on ¡ Virtual ¡prototyping ¡ 5 ¡

Electronic ¡Re4nas ¡ Real ¡(CMOS) ¡circuit ¡ Real ¡(CMOS) ¡circuit ¡ « ¡Scamp ¡3 ¡» ¡128x128 ¡ chip ¡, ¡P. ¡Dudek ¡web ¡site, ¡ « ¡PARIS ¡» ¡Mixed ¡A/D ¡image ¡processor, ¡ U. ¡Manchester ¡(UK) ¡ IEF, ¡U. ¡Paris-­‑Sud, ¡(FR) ¡ 6 ¡

Re4na ¡& ¡Power ¡efficiency ¡ IEEE-­‑ ¡CAMP ¡2005 ¡ Garcia ¡Lorca ¡sojware ¡version ¡of ¡Deriche ¡Filter ¡ for ¡edge ¡detec4on ¡versus ¡Re4na’s ¡Deriche ¡filter ¡ Real ¡(CMOS) ¡Circuit ¡ Edge ¡detec4on ¡ […] ¡Even ¡when ¡obsolete ¡process ¡are ¡used ¡for ¡the ¡ re4na, ¡results ¡showed ¡that ¡analog ¡processing ¡ requires ¡lower ¡power ¡consump4on ¡than ¡digital ¡ processing. ¡In ¡addi4on, ¡the ¡execu4on ¡4me ¡is ¡ shorter ¡since ¡the ¡size ¡of ¡the ¡re4na ¡is ¡reasonably ¡ 7 ¡ large. ¡

Neural ¡Networks ¡ V !"#$%&'($ Stewart et al, Nanoletters 2004 8 ¡

Spiking ¡Neurons ¡& ¡Memristors ¡ D. ¡Querlioz, ¡ ¡ IJCNN-­‑2011 ¡ 9 ¡

Address ¡Event ¡Representa4on ¡ ¡ t c u d o r P ¡ ) S O M C ( ¡ e l b a l i a v A 10 ¡ siliconre4na.ini.uzh.ch ¡

Memristors ¡to ¡Synapses ¡(1) ¡ Gwangju ¡Univ. ¡Korea ¡ Real ¡(TiOx) ¡Device ¡ Real ¡(Si+Ag) ¡Device ¡ […]hybrid ¡system ¡composed ¡of ¡CMOS ¡ neurons ¡and ¡memristor ¡synapses ¡can ¡ support ¡important ¡synap4c ¡func4ons ¡ […] ¡the ¡4tanium ¡oxide ¡bilayer ¡resis4ve ¡ such ¡as ¡spike ¡4ming ¡dependent ¡ switching ¡device ¡seems ¡to ¡have ¡great ¡ plas4city. ¡ poten4al ¡for ¡mimicking ¡biological ¡synapses ¡ 11 ¡

Memristors ¡to ¡Synapse ¡(2) ¡ Real ¡Device ¡ ¡ Real ¡Device ¡(CNT) ¡ We ¡demonstrated ¡a ¡hybrid ¡ […]such ¡mixed ¡nanotube–polymer ¡ nanopar4cle-­‑organic ¡device ¡[…] ¡ devices ¡have ¡all ¡the ¡characteris4cs ¡of ¡ to ¡mimic ¡the ¡short-­‑term ¡plas4city ¡of ¡ 12 ¡ ar4ficial ¡synapses. ¡ ¡ a ¡biological ¡synapse. ¡ ¡

Learning ¡func4ons ¡ 3-­‑input ¡func4ons ¡ C.(/A+/ ¡B) ¡ MAJ(/A, ¡B, ¡C) ¡ /A.B.C ¡ NAND3 ¡ Before ¡ 2-­‑inputs ¡ Learning ¡clock ¡ 0 ¡ ¡ ¡ ¡0 ¡ ¡ ¡ ¡1 ¡ ¡ ¡ ¡0 ¡ Analog ¡ ¡ result ¡ Experimental ¡demonstra4on ¡ Ajer ¡ Epoch ¡1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡3 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡4 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡5 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡6 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡7 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡8 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Teacher ¡ Out ¡ ¡0 ¡ ¡ ¡ ¡0 ¡ ¡ ¡0 ¡ ¡ ¡1 ¡ 13 ¡

Hybrid ¡technology ¡ 14 ¡

Challenge ¡ Low ¡Power ¡ Applica4ons ¡ High ¡Speed ¡ High ¡Reliability ¡ System ¡ Circuits ¡ System ¡ Models ¡ Circuits ¡ Emerging ¡ Emerging ¡ Devices ¡ Devices ¡ Experimental ¡demonstra4on ¡ Virtual ¡prototyping ¡ 15 ¡

Conclusion ¡: ¡we ¡need… ¡ • Short ¡term: ¡ – Bridge ¡the ¡gap ¡between ¡ ¡ Emerging ¡Devices ¡& ¡Func4ons ¡ • Long ¡term: ¡ – Bring ¡together ¡the ¡pieces ¡of ¡puzzle ¡: ¡ ¡ Emerging ¡Devices ¡+Neuron/Re4na ¡+ ¡Coding ¡ scheme) ¡ • Requires ¡mul4disciplinary ¡collabora4ons ¡ Physics ¡ Architecture ¡ Technology ¡ Design ¡ Product ¡ 16 ¡

Thank ¡You ¡! ¡ 17 ¡