CRII: FET: 3D Printed Application-Specific Neuromorphic Circuits: Design, Fabrication, and Implementation
CRII:FET:3D 打印专用神经形态电路:设计、制造和实施
基本信息
- 批准号:2153177
- 负责人:
- 金额:$ 17.49万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-04-15 至 2025-03-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This award is funded in whole or in part under the American Rescue Plan Act of 2021 (Public Law 117-2).Modern silicon-based CMOS systems face limitations in terms of processing speeds and energy consumption that can no longer be addressed via Moore’s-law-driven scaling-down efforts. The main inherent challenge in conventional von Neumann computer architecture is the latency caused by the data transfer between computer processing and memory units, also known as von Neumann bottleneck. Neuromorphic computing, emulating the energy-efficient and highly-parallel operations of the human brain, stands as a promising platform to address this challenge. Neuromorphic circuitry built on memristor devices enables efficient information storage in the form of resistance states, emulation of biological synaptic functionalities, and in-memory computing (i.e. via matrix-vector multiplication). Large-scale adoption of neuromorphic computing technology is currently hindered by multifaceted challenges in the materials, device and algorithm levels that are exacerbated by long-prototyping cycles of conventional microfabrication techniques. This NSF proposal aims to develop a data-driven, high-throughput and customizable manufacturing platform for neuromorphic circuits, based on nanoscale 3D printing, that will enable design freedom in both the materials and device architecture levels. The project’s broader impacts include a new generation of application-specific computational hardware that is indispensable for fueling the future implementations of AI and critical to increase U.S. competitiveness in the IC industry. The project will also support a multitude of interdisciplinary research and teaching activities at undergraduate and K12 levels with a specific focus on the involvement of underrepresented communities.The project aims to implement a nanoscale 3D printing technique to develop application-specific neuromorphic circuits. This goal will be enabled through a state-of-the-art 3D printer that achieves sub-micron resolutions via the two-photon polymerization technique, and supports a range of functional and adjustable printing resins. A novel Bayesian optimization approach will be executed to uncover the optimum set of material and process parameters that will yield neuromorphic devices with desired characteristics. An integrated electrical characterization framework will be utilized to explore the synaptic functionalities and device performance metrics of 3D printed memristor crossbar arrays. Finalized application-specific neuromorphic circuitry will undertake the hardware-level benchmarking on image classification of standard hand-digit datasets and real-life tumor-cell image data. Use of a nanoscale 3D printing platform for complex neuromorphic circuitry fabrication will enable new opportunities for customization and scalable manufacturing of application-specific computational hardware systems.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该奖项全部或部分由《2021年美国救援计划法案》(Public Law 117-2)资助。现代硅基CMOS系统在处理速度和能耗方面面临限制,无法再通过摩尔定律来解决这些问题驱动的缩小规模的努力。传统冯·诺依曼计算机体系结构中的主要固有挑战是由计算机处理和存储器单元之间的数据传输引起的延迟,也称为冯·诺依曼瓶颈。神经形态计算,模仿人类大脑的节能和高度并行的操作,是一个有前途的平台,以解决这一挑战。建立在忆阻器设备上的神经形态电路使得能够以电阻状态的形式进行有效的信息存储、生物突触功能的仿真和存储器内计算(即,经由矩阵向量乘法)。神经形态计算技术的大规模采用目前受到材料,设备和算法层面的多方面挑战的阻碍,这些挑战因传统微制造技术的长原型周期而加剧。NSF的这项提案旨在开发一个基于纳米级3D打印的数据驱动、高吞吐量和可定制的神经形态电路制造平台,这将在材料和器件架构层面实现设计自由。该项目的更广泛影响包括新一代专用计算硬件,这对于推动未来人工智能的实施是不可或缺的,对提高美国在IC行业的竞争力至关重要。该项目还将支持本科和K12级别的多个跨学科研究和教学活动,特别关注代表性不足的社区的参与。该项目旨在实施纳米级3D打印技术,以开发特定应用的神经形态电路。这一目标将通过最先进的3D打印机实现,该打印机通过双光子聚合技术实现亚微米分辨率,并支持一系列功能性和可调节的打印树脂。将执行一种新的贝叶斯优化方法,以揭示最佳的材料和工艺参数,将产生具有所需特性的神经形态设备。将利用集成的电气表征框架来探索3D打印忆阻器交叉杆阵列的突触功能和器件性能指标。最终确定的特定应用的神经形态电路将承担标准手指数据集和真实肿瘤细胞图像数据的图像分类的硬件级基准测试。使用纳米级3D打印平台制造复杂的神经形态电路将为定制和可扩展制造特定应用的计算硬件系统提供新的机会。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The Impact of Operation Conditions on Potentiation, Depression and Endurance Dynamics of Tantalum Oxide RRAMs
- DOI:10.1109/iirw59383.2023.10477696
- 发表时间:2023-10
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Alireza Moazzeni;Md Tawsif Rahman Chowdhury;Gozde Tutuncuoglu
- 通讯作者:Alireza Moazzeni;Md Tawsif Rahman Chowdhury;Gozde Tutuncuoglu
Role of defects in resistive switching dynamics of memristors
- DOI:10.1557/s43579-022-00243-z
- 发表时间:2022-09
- 期刊:
- 影响因子:1.9
- 作者:G. Tutuncuoglu;A. Mannodi-Kanakkithodi
- 通讯作者:G. Tutuncuoglu;A. Mannodi-Kanakkithodi
Engineering the Device Performance of PLD Grown Tantalum Oxide based RRAM Devices
设计 PLD 生长的基于氧化钽的 RRAM 器件的器件性能
- DOI:10.1109/eit57321.2023.10187322
- 发表时间:2023
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Moazzeni, Alireza;Chowdhury, Md Tawsif;Rouleau, Christopher;Tutuncuoglu, Gozde
- 通讯作者:Tutuncuoglu, Gozde
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Gozde Tutuncuoglu其他文献
Impact of process parameters on material extrusion (MEX) performance and quality of MEX-produced parts
- DOI:
10.1007/s00170-025-16015-7 - 发表时间:
2025-07-23 - 期刊:
- 影响因子:3.100
- 作者:
Abdullah Alanazi;Şakir Karakaya;Murat Yildirim;Jeremy L. Rickli;Gozde Tutuncuoglu - 通讯作者:
Gozde Tutuncuoglu
Gozde Tutuncuoglu的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
{{ truncateString('Gozde Tutuncuoglu', 18)}}的其他基金
RCN:SC: MSN Force: A Midwest Semiconductor Collaborative Network for Work Force Training
RCN:SC:MSN Force:中西部半导体劳动力培训协作网络
- 批准号:
2332207 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 17.49万 - 项目类别:
Continuing Grant
相似国自然基金
集成微流控与FET生物传感器用于复杂体系中痕量胰腺癌标志物的精准检测
- 批准号:2025JJ50378
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
基于新型四面体探针的PLA-FET传感器特异性检测糖基化外泌体PD-L1用于肿瘤早期诊断
- 批准号:JCZRYB202500836
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
基于可视化探针-FET生物传感器的术中乳腺癌前哨淋巴结活检
- 批准号:2025JJ81135
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
大功率p-FET器件与逻辑芯片架构方法研究
- 批准号:
- 批准年份:2024
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
双层石墨烯纳米带阵列的微纳限域低温合成及全碳FET器件研究
- 批准号:
- 批准年份:2024
- 资助金额:0 万元
- 项目类别:面上项目
智能双栅调控InSe Bio-FET可控构筑与原位细胞传感机制研究
- 批准号:
- 批准年份:2024
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
离子辐照精准调控SnS2栅极敏感材料缺陷密度增强碳基FET型气体传感器性能的研究
- 批准号:12305330
- 批准年份:2023
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
Nb2O5/MoSe2-FET器件的室温氢敏性能与特异性增敏机理研究
- 批准号:n/a
- 批准年份:2023
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
电池状态监测用可植入式碳基FET传感器及电池失效机制研究
- 批准号:2023JJ20036
- 批准年份:2023
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
GaN p-FET 源、漏极欧姆接触机理研究及器件验证
- 批准号:n/a
- 批准年份:2023
- 资助金额:30.0 万元
- 项目类别:省市级项目
相似海外基金
Collaborative Research: FET: Small: Algorithmic Self-Assembly with Crisscross Slats
合作研究:FET:小型:十字交叉板条的算法自组装
- 批准号:
2329908 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 17.49万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: FET: Small: Reservoir Computing with Ion-Channel-Based Memristors
合作研究:FET:小型:基于离子通道忆阻器的储层计算
- 批准号:
2403559 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 17.49万 - 项目类别:
Standard Grant
両極性カーボンナノチューブFETを用いたDNA検出とウイルス検査への応用
双极碳纳米管 FET 检测 DNA 及其在病毒检测中的应用
- 批准号:
23K26119 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 17.49万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
CRII: FET: Quantum Advantages through Discrete Quantum Walks
CRII:FET:离散量子行走的量子优势
- 批准号:
2348399 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 17.49万 - 项目类别:
Standard Grant
CAREER: FET: A Top-down Compilation Infrastructure for Optimization and Debugging in the Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ) era
职业:FET:用于噪声中级量子 (NISQ) 时代优化和调试的自上而下的编译基础设施
- 批准号:
2421059 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 17.49万 - 项目类别:
Continuing Grant
誘導ゲート駆動FETを用いるゼロ閾値電圧ダイオードの実現
使用电感栅极驱动 FET 实现零阈值电压二极管
- 批准号:
24K07611 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 17.49万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Collaborative Research: FET: Small: Algorithmic Self-Assembly with Crisscross Slats
合作研究:FET:小型:十字交叉板条的算法自组装
- 批准号:
2329909 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 17.49万 - 项目类别:
Standard Grant
MoS2原子層FETと単色光を利用した吸着分子の電子状態測定
使用 MoS2 原子层 FET 和单色光测量吸附分子的电子态
- 批准号:
23K23154 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 17.49万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
トンネルFET構造による3D-NANDフラッシュメモリの超多値化
采用隧道 FET 结构的超多值 3D-NAND 闪存
- 批准号:
24K00935 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 17.49万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Collaborative Research: FET: Small: Reservoir Computing with Ion-Channel-Based Memristors
合作研究:FET:小型:基于离子通道忆阻器的储层计算
- 批准号:
2403560 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 17.49万 - 项目类别:
Standard Grant