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

微電子所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉明院士團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(jì)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(dòng)態(tài)特性，可以用于構(gòu)建多時(shí)間尺度儲(chǔ)備池計(jì)算網(wǎng)絡(luò)；第3層器（WL：W）表現(xiàn)出了多比特存儲(chǔ)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(shí)間尺度儲(chǔ)備池計(jì)算網(wǎng)絡(luò)用來(lái)模擬人類(lèi)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(lèi)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(hào)的分類(lèi)和識(shí)別。利用三維多功能RRAM陣列，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)真三維、多模態(tài)、多尺度的神經(jīng)形態(tài)計(jì)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(diǎn)。

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(píng)為“亮點(diǎn)文章”（中國(guó)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(lèi)腦計(jì)算示意圖

圖2 三維垂直RRAM陣列TEM圖