Spintronics-Based Hardware Paradigm for Artificial Intelligence

基于自旋电子学的人工智能硬件范例

• 批准号: 17H06093
• 负责人: 大野 英男
• 金额: $ 372.15万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17H06093/
• 关键词: スピントロニクス; 人工知能; スピンエレクトロニクス

本研究課題は、人工知能（AI）ハードウェアパラダイムの創成を念頭に、不揮発性スピン素子を用いたAIハードウェアとしての集積回路を設計実現することを目指して進めてきた。当初の計画に従い、３つの主要課題、①AIコンピューティングハードウェア向けスピントロニクス素子の開拓、②ノイマン型AIコンピューティングハードウェアの実現、③非ノイマン型AIコンピューティングハードウェアの実現、に対して研究を進めた。①については、アナログスピントロニクス素子のダイナミクスを利用することでスパイクタイミング依存可塑性やリーキー・インテグレート・アンド・ファイアなどの非ノイマン型ニューラルネットワークで必要とされるニューロン、シナプスの特性をスピン素子で再現できることなどが分かった。その他、反強磁性/強磁性ヘテロ構造におけるジャロシンスキー・守谷相互作用やスピン軌道トルクなどを評価し、人工知能ハードウェア応用に向けた有用な知見を得た。②については、基本回路の検討、ならびにハードウェアアルゴリズム検討のためのプラットフォーム構築に取り組み、スピン素子ベース多機能・再構成可能演算回路の設計や学習アルゴリズム評価のためのプラットフォーム構築などを進めノイマン型AIハードウェア実現の土台を形成した。③については、非ノイマン型・脳型コンピューティングアーキテクチャの検討、アナログスピンシナプス特性を考慮した学習則、アナログスピンメモリ素子を組み込んだアナログニューラルネットワーク集積回路の構築に向けた詳細な検討を行った。

This research topic, artificial は capacity (AI) ハ ー ド ウ ェ ア パ ラ ダ イ ム の chuang cheng を thought に, not wield 発 ス ピ ン element child を with い た AI ハ ー ド ウ ェ ア と し て の を integrated circuit design be presently す る こ と を refers し て in め て き た. の original plan に 従 い, 3 つ の main subject, (1) AI コ ン ピ ュ ー テ ィ ン グ ハ ー ド ウ ェ ア to け ス ピ ン ト ロ ニ ク ス element の development, (2) ノ イ マ ン type AI コ ン ピ ュ ー テ ィ ン グ ハ ー ド ウ ェ ア の be presently, and (3) the ノ イ マ ン type AI コ ン ピ ュ ー テ ィ ン グ ハ ー ド ウ ェ ア の be presently, に し seaborne を て research into め た. 1) に つ い て は, ア ナ ロ グ ス ピ ン ト ロ ニ ク ス element child の ダ イ ナ ミ ク ス を using す る こ と で ス パ イ ク タ イ ミ ン グ dependent plasticity や リ ー キ ー · イ ン テ グ レ ー ト · ア ン ド · フ ァ イ ア な ど の non ノ イ マ ン type ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク で necessary と さ れ る ニ ュ ー ロ ン, シ ナ プ ス の features を ス ピ ン で son again Now で とな る とな とな が が is divided into った った. そ の he, the strong magnetic/strong magnetic ヘ テ ロ tectonic に お け る ジ ャ ロ シ ン ス キ ー valley, keep interaction や ス ピ ン orbit ト ル ク な ど を review 価 し, artificial can know ハ ー ド ウ ェ ア 応 with に to け た な useful knowledge を た. (2) に つ い て は, basic circuit の beg, な 検 ら び に ハ ー ド ウ ェ ア ア ル ゴ リ ズ ム beg の 検 た め の プ ラ ッ ト フ ォ ー ム build に み り group, ス ピ ン element child ベ ー ス function, to constitute more may study calculus circuit design や の ア ル ゴ リ ズ ム review 価 の た め の プ ラ ッ ト フ ォ ー ム build な ど を into め ノ イ マ ン type AI ハ ー ド ウ ェ ア The current local terrace を forms た. (3) に つ い て は, non ノ イ マ type ン · 脳 コ ン ピ ュ ー テ ィ ン グ ア ー キ テ ク チ ャ の beg, ア 検 ナ ロ グ ス ピ ン シ ナ プ ス features を consider し た learning, ア ナ ロ グ ス ピ ン メ モ リ element child を group み 込 ん だ ア ナ ロ グ ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク set integrated circuit の build に to け た detailed な 検 line for を っ た.

项目成果

不揮発FPGAを用いた脳型情報処理アクセラレータの構成

使用非易失性FPGA配置脑型信息处理加速器

• 发表时间: 2018
• 作者: S. DuttaGupta;A. Kurenkov;R. Itoh;C. Zhang;S. Fukami and H. Ohno;鈴木大輔，羽生貴弘
• 通讯作者: 鈴木大輔，羽生貴弘

Brainmorphic hardware in edge computing era

边缘计算时代的脑拟硬件

• 发表时间: 2018
• 作者: S. DuttaGupta;A. Kurenkov;R. Itoh;C. Zhang;S. Fukami and H. Ohno;鈴木大輔，羽生貴弘;Daisuke Suzuki and Takahiro Hanyu;Yoshihiko Horio;Yoshihiko Horio
• 通讯作者: Yoshihiko Horio

On brainmorphic computng hardware

关于脑拟态计算硬件

• 发表时间: 2018
• 作者: S. DuttaGupta;A. Kurenkov;R. Itoh;C. Zhang;S. Fukami and H. Ohno;鈴木大輔，羽生貴弘;Daisuke Suzuki and Takahiro Hanyu;Yoshihiko Horio;Yoshihiko Horio;Yoshihiko Horio
• 通讯作者: Yoshihiko Horio

Embedded Nonvolatile Memory with STT-MRAMs and its Application for Nonvolatile Brain-Inspired VLSIs

具有 STT-MRAM 的嵌入式非易失性存储器及其在非易失性类脑 VLSI 中的应用

• 发表时间: 2017
• 作者: Y. Osakabe;H. Akima;M. Sakuraba;M. Kinjo;S. Sato;T. Endoh
• 通讯作者: T. Endoh

Synchronization of spontaneous activity in modular neuronal network models

模块化神经元网络模型中自发活动的同步

• 发表时间: 2018
• 作者: S. Moriya;H. Yamamoto;H. Akima;S. Kubota;M. Niwano;A. Hirano-Iwata;S. Sato
• 通讯作者: S. Sato