MétaCan
Menu
Retour à la cohorte
Enregistrement W7139418828

Étude des mémoires non volatiles émergentes à plusieurs niveaux pour le calcul en mémoire et les réseaux neuronaux analogiques (SNN) basés sur la technologie FD-SOI

2024· dissertation· en· W7139418828 sur OpenAlexaff
Joao Henrique Quintino Palhares

Notice bibliographique

RevueHAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe) · 2024
Typedissertation
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvanced Memory and Neural Computing
Établissements canadiensInstitut interdisciplinaire d'innovation technologiqueUniversité de Sherbrooke
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésVon Neumann architectureBottleneckBlock (permutation group theory)Efficient energy useArtificial neural networkNon-volatile memoryComponent (thermodynamics)In-Memory ProcessingEnergy (signal processing)
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The ever-increasing computational demand, the advent of artificial intelligence (AI), and the bottleneck of the traditional CMOS-based Von Neumann architecture has raised a debate concerning energy sustainability. To circumvent these challenges, it is paramount to seek for alternative hardware implementations. Examples of energy efficient unconventional computing solutions are brain-inspired systems including spiking neural networks (SNNs). Traditionally, the prevailing computing paradigm has involved the transmission of continuous floating variables from one processing unit to another. However, insights from neurobiology and brain-inspired computing underscore that SNN communicate through discrete pulses. As a fundamental building block component for such hardware implementations, emerging non-volatile memories (eNVMs) stand out as promising memory component, which outperform and exceeds complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) based technologies in processing and non-volatile storage capabilities. Yet, it inherently suggests the colocation of memory and processing units in in-memory computing hardware solutions. To implement it in hardware, different solutions of eNVMs are investigated and benchmarked throughout the thesis. In chapter 3, As a case study, we analyze the memory solutions fabricated in the laboratories associated with this project. These solutions serve as a practical example to assess the efficacy and performance of different analog eNVM technologies. The solutions are Phase change memories (PCM) provided by STMicroelectronics, titanium oxide (TiOx) based resistive memories (OxRAM) from Institut interdisciplinaire d'innovation technologique (3IT) and spin transfer torque (STT) and spin orbit torque (SOT) magnetic random-access memories (MRAM) from Spintronique et Technologie des Composants (SPINTEC). Experimental characterization is conducted on PCM and TiO2 OxRAM, while data regarding SOT-MRAM is sourced from simulations or provided by the SPINTEC IC design team. The methodology employed to perform the electrical characterization and analog programming are depicted. The PCM, OxRAM and SOT-MRAM give rises to 44, 10, and 5 3IT multilevel states respectively. Nonidealities aspects such as variability are also included in the analysis. The operation requirements are considered to further co-integrate these eNVMs into a 28 nm Fully Depleted Silicon On Insulator (FD-SOI) based neuron solution designed, tested, and depicted in chapter 4. A co-design methodology to co-integrate and implement in hardware eNVMs with FD-SOI based fully analog neurons is provided and a multi-project work (MPW) comprising an analog neuron, a current attenuator, and selectors for memory integration is deployed. According to test the analog neuron consumed 3.86 pJ/spike. Finally, the multilevel and drift behaviour of 1 Transistor - 1 Resistor (1T1R) PCM are exhaustively explored at cryogenic environments in chapter 5. The 1T1R PCMs are fully characterized at 300 K, 77 K and 12 K. The ePCM multilevel capabilities give rise to 10 multilevel states at 77 K and 12 K while 7 states at 300 K. The performance and effect of non-idealities at different temperatures are modelled and evaluated in SNN Mixed National Institute of Standards and Technology (MNIST) classification task. The SNN classification accuracy is sustained up to 2 years at 77 K and 12 K while a 12 % drop in accuracy is observed at 300 K. More importantly, without requiring any additional hardware or software solution for drift mitigation. In addition, a hardware and operation solution based on non-linear current scaling are proposed to mitigate the non-ideality aspects of 1T1R PCMs at room temperature, the coefficient of variability and the drift is reduced leading to a sustain and improvement of accuracy in a SNN MNIST classification task. The variability is reduced by up to 5 % and the drift is compensated for years.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,007

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,013
Tête enseignante GPT0,244
Écart entre enseignants0,231 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

Explorer davantage

Même revueHAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)Même sujetAdvanced Memory and Neural ComputingTravaux en français237 207