人腦是一個高度整合的器官，通過多感官系統(tǒng)處理信息。為了構(gòu)建類腦系統(tǒng)，需要將不同功能的硬件進行集成，構(gòu)建多模態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

微電子所重點實驗室劉明院士團隊設(shè)計了一種新的3D垂直RRAM陣列，其中不同層器件分別具有非易失性和易失性，這使得它能夠構(gòu)建多模態(tài)神經(jīng)形態(tài)計算網(wǎng)絡(luò)。第1層器件（字線：TiN）和第2層器件（字線：Ru）分別表現(xiàn)出不同的動態(tài)特性，可以用于構(gòu)建多時間尺度儲備池計算網(wǎng)絡(luò)；第3層器（WL：W）表現(xiàn)出了多比特存儲的非易失特性，可用于構(gòu)建卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和全連接網(wǎng)絡(luò)等。第1層和第2層器件構(gòu)建的多時間尺度儲備池計算網(wǎng)絡(luò)用來模擬人類的耳朵捕捉聲音信息，第3層器件一部分用于構(gòu)建卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬人類的眼睛捕捉圖像信息，一部分構(gòu)建全連接網(wǎng)絡(luò)用于多感官信號的分類和識別。利用三維多功能RRAM陣列，實現(xiàn)了一個真三維、多模態(tài)、多尺度的神經(jīng)形態(tài)計算系統(tǒng)，表現(xiàn)出了高精度（98%）和高面積效率（6 TOPS/mm2）的特點。

該成果以題“High Area Efficiency （6 TOPS/mm2?） Multimodal Neuromorphic Computing System Implemented by 3D Multifunctional RRAM Array” 入選2023 IEDM，被TOP期刊Nature Electronics 評為“亮點文章”（中國大陸首篇）。微電子所博士生孫文絢為第一作者，許曉欣研究員為通訊作者。

圖1：類腦計算示意圖

圖2 三維垂直RRAM陣列TEM圖