Rotational Pattern Recognition by Spiking Correlated Neural Network Based on Dual‐Gated MoS<sub>2</sub> Neuristor
- 1. Peking University
- 2. Institute of Microelectronics
- 3. Zhejiang University
Description
Beyond the great success in machine learning (ML), the engineering community has been actively exploring neuromorphic computing systems based on spiking neural networks (SNNs). In the preliminary SNN, the neuronal information is simply encoded by the firing rate, which limits the volume of information in a certain spike pattern. Studies of the biological nervous system have discovered neuronal cooperativity, where flow of neural information is collaboratively encoded and carried by the spatiotemporal stamp and the correlated neuronal activity. In this study, by encoding the control pattern on the dual gates, a MoS 2 ‐based neuristor is exploited to program spatiotemporal information and neuronal correlations via the device's internal dynamics as well as the network topology, and a spiking correlated neural network (SCNN) is demonstrated. This correlated neural network not only succeeds in identifying the patterns with translational and rotational symmetry but also correctly reveals the rotated angles. Compared with conventional SNNs, the dimension of information flow in SCNNs can be greatly enlarged by taking advantage of the synergy between the rate coding and the neuronal correlations. This proof‐of‐concept work provides the potential to achieve high‐volume information processing with the simplified circuitry of neuromorphic computing systems.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
بالإضافة إلى النجاح الكبير في التعلم الآلي (ML)، كان المجتمع الهندسي يستكشف بنشاط أنظمة الحوسبة العصبية القائمة على الشبكات العصبية المتصاعدة (SNNs). في SNN الأولي، يتم ترميز المعلومات العصبية ببساطة من خلال معدل الإطلاق، مما يحد من حجم المعلومات في نمط ارتفاع معين. اكتشفت دراسات الجهاز العصبي البيولوجي التعاون العصبي، حيث يتم ترميز تدفق المعلومات العصبية بشكل تعاوني وحملها بواسطة الختم الزماني المكاني والنشاط العصبي المترابط. في هذه الدراسة، من خلال ترميز نمط التحكم على البوابات المزدوجة، يتم استغلال أخصائي الأعصاب القائم على MoS 2 لبرمجة المعلومات المكانية والزمانية والارتباطات العصبية عبر الديناميكيات الداخلية للجهاز بالإضافة إلى طوبولوجيا الشبكة، ويتم عرض شبكة عصبية مترابطة متصاعدة (SCNN). لا تنجح هذه الشبكة العصبية المترابطة في تحديد الأنماط ذات التماثل الانتقالي والدوراني فحسب، بل تكشف أيضًا الزوايا المستديرة بشكل صحيح. بالمقارنة مع SNNs التقليدية، يمكن توسيع بُعد تدفق المعلومات في SCNNs بشكل كبير من خلال الاستفادة من التآزر بين ترميز المعدل والارتباطات العصبية. يوفر هذا العمل البرهانيللمفهوم القدرة على تحقيق معالجة معلومات عاليةالحجم من خلال الدوائر المبسطة لأنظمة الحوسبة العصبية.Translated Description (French)
Au-delà du grand succès du machine learning (ML), la communauté des ingénieurs explore activement les systèmes informatiques neuromorphes basés sur les réseaux de neurones à pointes (SNN). Dans le SNN préliminaire, l'information neuronale est simplement codée par la vitesse de tir, ce qui limite le volume d'information dans un certain modèle de pointe. Les études du système nerveux biologique ont découvert la coopérativité neuronale, où le flux d'informations neuronales est codé et transporté de manière collaborative par le timbre spatio-temporel et l'activité neuronale corrélée. Dans cette étude, en codant le modèle de contrôle sur les portes doubles, un neuristor à base de MoS 2 est exploité pour programmer des informations spatio-temporelles et des corrélations neuronales via la dynamique interne du dispositif ainsi que la topologie du réseau, et un réseau neuronal corrélé au dopage (SCNN) est démontré. Ce réseau de neurones corrélés réussit non seulement à identifier les motifs avec une symétrie de translation et de rotation, mais révèle également correctement les angles de rotation. Par rapport aux SNN conventionnels, la dimension du flux d'informations dans les SCNN peut être considérablement élargie en tirant parti de la synergie entre le codage de débit et les corrélations neuronales. Ce travail de validation deprincipe offre le potentiel de réaliser un traitement de l'information à hautvolume avec les circuits simplifiés des systèmes informatiques neuromorphes.Translated Description (Spanish)
Más allá del gran éxito en el aprendizaje automático (ML), la comunidad de ingenieros ha estado explorando activamente los sistemas de computación neuromórfica basados en redes neuronales de punta (SNN). En la SNN preliminar, la información neuronal es simplemente codificada por la tasa de disparo, lo que limita el volumen de información en un cierto patrón de picos. Los estudios del sistema nervioso biológico han descubierto la cooperatividad neuronal, donde el flujo de información neuronal es codificado y transportado de forma colaborativa por el sello espaciotemporal y la actividad neuronal correlacionada. En este estudio, al codificar el patrón de control en las puertas dobles, se explota un neuristor basadoen MoS 2 para programar información espaciotemporal y correlaciones neuronales a través de la dinámica interna del dispositivo, así como la topología de la red, y se demuestra una red neuronal correlacionada de picos (SCNN). Esta red neuronal correlacionada no solo logra identificar los patrones con simetría traslacional y rotacional, sino que también revela correctamente los ángulos rotados. En comparación con las SNN convencionales, la dimensión del flujo de información en las SCNN puede ampliarse en gran medida aprovechando la sinergia entre la codificación de velocidad y las correlaciones neuronales. Este trabajo de prueba deconcepto proporciona el potencial para lograr un procesamiento de información de altovolumen con los circuitos simplificados de los sistemas informáticos neuromórficos.Files
aisy.202000102.pdf
Files
(16.0 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:09961c631da0d7f3d9979789e220567c
|
16.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التعرف على الأنماط الدورانية عن طريق إنشاء شبكة عصبية مترابطة استنادًا إلى عصب ثنائي البوابات MoS<sub>2</sub>
- Translated title (French)
- Reconnaissance de formes de rotation par le réseau neuronal corrélé à pic basé sur un neuristor MoS<sub>2</sub> à double grille
- Translated title (Spanish)
- Reconocimiento de patrones de rotación mediante la red neuronal correlacionada de adición basada en el neuristor MoS<sub>2</sub> de doble compuerta
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3058447442
- DOI
- 10.1002/aisy.202000102
References
- https://openalex.org/W1542981317
- https://openalex.org/W1964253397
- https://openalex.org/W1998050452
- https://openalex.org/W2051217769
- https://openalex.org/W2086439867
- https://openalex.org/W2129610161
- https://openalex.org/W2153113475
- https://openalex.org/W2172274087
- https://openalex.org/W2212384750
- https://openalex.org/W2336860599
- https://openalex.org/W2389556795
- https://openalex.org/W2525649597
- https://openalex.org/W2526646482
- https://openalex.org/W2582645878
- https://openalex.org/W2789137959
- https://openalex.org/W2800161635
- https://openalex.org/W2889886075
- https://openalex.org/W2899036110
- https://openalex.org/W2941389263
- https://openalex.org/W2942216650
- https://openalex.org/W2969216825
- https://openalex.org/W2979576473
- https://openalex.org/W3009994855