“硬件”更大、更丰富的记忆容量和储备池状态数深度储备池计算类脑硬件研究取得突破

时间：2022-09-20 20:16:17来源：化工仪器网

今天，聚焦化工小新为大家分享来自化工仪器网的《更大、更丰富的记忆容量和储备池状态数深度储备池计算类脑硬件研究取得突破》。

近日，北京大学科研团队首次采用忆阻器单元构建了深度储备池计算硬件，通过储备池层数的增加实现了时序信息处理性能的显著提升。

储备池计算是一种低训练代价、低硬件开销的循环神经网络(RNN)，在时序信息处理方面具有广泛的应用，例如波形分类、语音识别、时间序列预测等。储备池计算系统由神经元循环连接的储备池和输出层两部分组成，其中仅有输出层需要训练从而显著降低了训练代价，而系统中的储备池可以由具有短时程特性的非线性器件来实现。

当前国际上针对储备池计算系统的研究主要集中在探索使用不同类型的非线性器件，例如忆阻器、自旋扭矩振荡器、纳米线网络、半导体光学放大器等来构建单层储备池。但由于储备池状态数、记忆容量、复杂动力学特性等的局限在根本上制约了系统本身信息处理能力的提升。

针对这一关键问题，北京大学科研团队首先研制了可级联的单层储备池硬件，由此实现了电压输入、电压输出的短时程非线性单元，并且为构建深度储备池计算硬件奠定了器件基础。基于该类短时程非线性单元，团队进一步制备了深度储备池硬件系统，并结合分时复用的虚拟节点方法获得了丰富的储备池状态，即首次采用可级联短时程非线性单元构建了深度储备池(deep reservoir)计算硬件，通过储备池层数的增加实现了层次化的信息处理能力、更丰富的储备池状态数、更大的记忆容量以及更复杂的动力学特性。

该项工作在构建深度储备池计算硬件系统、实现层次化的时序信息处理方面迈出了重要的一步，其实验结果表明，相比同等规模的单层储备池计算系统，该深度储备池计算硬件具有更大的记忆容量、更丰富的储备池状态数，并在波形分类、电能消耗预测等任务中展示了优异的性能，证明了深度储备池计算系统在时序信息处理任务中的潜力。