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基于相变材料的片上光电存算一体化器件的研发
现阶段所设计的存算一体器件单元结构如图 1 所示: 器件的基本结构由波导和功能层(由下到上分为加热层、电极层、保护层、相变材料(硫系化合物)层)所构成。拟通过在当前流行的绝缘层上硅(SOI)光子平台上集成四氮化三硅光波导的方式实现器件的光学读取功能,即在非常厚的硅衬底层上生长一层绝缘层二氧化硅和波导层,然后在基片上通过光刻、显影、刻蚀等工艺制备四氮化三硅波导。功能层主要用于实现器件的电学写入功能。加热器层的主要用途是与相变材料层形成电接触,通过较小的接触面积使接触处的热量集中,从而可以在较小的电压或电流下使相变材料发生相变。因此需要加热器层具备较好的导热和导电性能,同时在近 C 波段具有较低的光损耗,可采用石墨烯。电极层可用于提供相变材料器件单元所需要的编程电脉冲。当前拟采用硒掺杂的相变材料合金(如 GSST)作为器件的核心功能层的相变材料。该材料在通信/非通信波段显示了极低的光损耗和更高的品质因数,且相变前后在通信 C 波段具有足够大的光学常数反差,可在更恶劣的高温环境下进行操作,适用于硅基光子器件应用。 采用的主要技术手段包括: ① 依托于相变材料的电致和光致相变特性,通过电学编程、光学读取的方法实现器件的存储、算术运算和逻辑运算功能:  存储功能的实现:拟利用相变材料晶态低透过率和非晶态高透过率分别代表二进制中的‘1’和‘0’,实现数据存储(编程)功能。例如在电极两端施加合适的电脉冲,所产生电流流经加热层时,生成的热量主要集中在加热层和相变材料层接触处,使得接触处的相变材料发生相变,实现存储功能。在完成上述编程操作后,从器件波导输入端输入读取连续光。由于相变材料功能层对光强的吸收能力在编程和非编程区域间存在着显著的差异,因此当输入光经过波导后,其能量会因为相变材料编程区域的吸收而发生改变,进而显著改变输出光强能量。所以通过测量输入输出光强的能量之比(即透过率),可实现对先前编程区域的读取。  算术和逻辑功能的实现:通过调整编程电脉冲的幅度和宽度可以动态调控相变材料的相变程度,使得器件的中间透过率值可用于代表不同的数值,实现多级存储功能。所以拟采用输入脉冲数量对应加数的方法实现标量加法计算。同时由于所设计器件的读取连续光输出功率可视为读取连续光输入功率和器件透过率的乘积,因此可采用将输入功率和透过率作为被乘数和乘数的方法实现基本乘法运算。除此之外还可以将器件功能层的初始状态设置为非晶相,把晶化脉冲幅值和不足以产生晶化的脉冲幅值分别作为输入逻辑‘1’和‘0’;同时设定一个判定阈值并与编程后器件透过率的变化率进行对比,把高于和低于阈值的透过率变化率分别作为输出逻辑 ‘1’和‘0’;通过合理选择编程脉冲有望实现各种逻辑功能输出。 ② 基于器件透射率可调特性验证其实现神经突触的可行性。并依托所设计人工突触构建人工神经网络芯片,实现图像、语音和文本识别功能:  突触可塑性是大脑记忆和学习的神经生物学基础,也是人工类脑器件需要实现的首要功能。为实现突触可塑性,拟把相变材料和波导之间的耦合区域视为仿生神经突触,左右两端电极分别代表突触前和突触后,分别施加在两端电极上的电脉冲则作为突触前和突触后刺激。通过调节从左右两端电极输入耦合区域的电脉冲时间差对耦合区域的光透过率进行连续调控,进而依托于上述存算理论模型和实物器件仿真和实验实现仿生神经突触的脉冲时序依赖可塑性(Spike-Timing-Dependent-Plasticity, STDP)。  将不同波长的光脉冲序列输入所设计的突触单元, 经过相变材料的作用,脉冲强度发生变化,对应于乘法器。进而借助于微环结构,将不同波长的脉冲导入进同一波导中,该功能类似加法器。相加后的脉冲光强较小时,读取光与微环发生共振,在输出端口没有光强输出。当光强达到一定的阈值后,读取信号不再和微环发生共振,而是传播到输出端口。这一过程类似神经元脉冲信号的激发,实现了非线性激活函数的功能。利用上述的单个神经元结构,验证其监督式机器学习和非监督式机器学习。对于监督式机器学习,权重的数值通过外部管理器设置;对于非监督式机器学习,不再需要外部管理器来设置权重值,而是通过输出光脉冲进行反馈控制,调整权重值。在单个神经元结构的基础上,更复杂的光学脉冲神经网络结构,证明该结构的可扩展性。拟设计的神经网络中的每一层结构包括三个功能单元,即收集器、分发器和神经突触结构。收集器将上一层不同波长的光脉冲信号收集到同一根波导中,分发器将光脉冲分发给多个神经元,神经突触结构则产生光脉冲信号,输入给下一层结构。基于上述结构实现图片、语音和文本的识别。 创新性分析:①首次研究了一款基于“电学编程、光学读取”模式的光电混合存算一体化器件。与传统电学存算一体化器件相比,拟研发的器件可以进行长距离的信息传输,具有传输带宽高、信号间延迟低、损耗低、抗干扰、集成密度高等优点。②采用硒(Se)掺杂的相变材料作为存算一体化器件的核心功能材料。与采用其他相变材料的存算一体器件相比,以硒参杂的相变材料作为功能材料的存算一体器件有望展现出极低的光损耗。③提出了一种基于“电学脉冲刺激、光学权重调节”的人工神经突触。该突触器件有望成为未来通用型人工神经突触,填补了光电混合型人工突触的技术空白。 先进性分析:①所提出的光电混合工作模式使得该存算一体化器件不但具有传统集成电路的高密度特性,且兼具光通信技术的宽频带、低延迟、抗干扰的优越性能。②所采用硒参杂的相变材料不但继承了传统材料具有的快速相变转化速度、低功耗和稳定性强等特性,且本身在通信波段非晶态透明的同时还保持了相变前后足够大的光学性能差异的特点。③所设计的突触继承了人工电子突触和全光突触的优点,具有高集成度、低功耗、超快响应时间、稳定性强等优点。 独占性分析:根据已取得成果正在撰写专利,以获得该关键技术的独有权。 
南京邮电大学 2021-05-11
教育部等五部门联合印发《“人工智能+教育”行动计划》
一体推进人工智能人才培养和应用创新,统筹谋划基础环境和创新生态建设,系统构建智能时代的教育体系。
教育部 2026-04-13
长大公路隧道前馈式通风系统及隧道机电智能监控技术研究
在国内首次长大高等级公路隧道内的机电设备控制智能化、组态化、综合化和网络化技术,是部分领域国际领先、总体具有国际先进水平的高水平研究。以智能通风控制为主体,可解决大幅度降低隧道营运通风的电力耗费与车辆在隧道内安全行驶及预防重大火灾发生的一系列技术难题。以具体工程为依托,研究成果直接在依托研究工程的设计施工中应用,进行工程示范后可在大范围推广。
西南交通大学 2021-04-13
一种支持异质智能无线传感器在线开放规划的方法及系统
本发明公开了一种支持异质智能无线传感器在线开放规划的方法及系统,包括通过互联网在线注册 智能无线传感器元数据到 SOS 服务、构建并在线安装智能无线传感器规划插件、在线注册智能无线传 感器元数据到 SPS 服务、在线获取智能无线传感器任务规划参数描述、设置智能无线传感器任务规划参 数并在线验证智能无线传感器任务规划参数有效性、在线提交智能无线传感器任务规划请求、基于时空 位置在线获取智能无线传感器观测数据七步骤;本发明实现了异质智能无线传感器在
武汉大学 2021-04-14
一种分布式智能化药品安全管理系统及使用方法
本发明公开了一种分布式智能化药品安全管理系统,包括上位机 终端和智能柜体终端,上位机终端中安装有实验室信息管理系统,所 述上位机终端与指纹阅读器、POS 微型打印机相连并进行通讯;所述 智能柜体终端包括柜体和智能控制终端,智能控制终端与液晶显示屏 液晶显示器相连,用于显示药品清单信息、药品使用信息、柜子使用 情况;柜体安装有多个小柜体并成阵列式分布;所述上位机终端与智 能控制终端通过 TCP/IP 协议相连,相互认证
华中科技大学 2021-04-14
基于柔性传感器的智能机器人“慧听”人机交互系统研发
目前第一代完整的呼吸音采集设备已研发完毕,完全实现呼吸活动的柔性无感持续智能监测评价和适应多场景下交互设计需求,提高医疗救护能力和应急救援能力,减轻医疗及养老行业人力与经济运营成本,创新引领社会与经济发展。 图1 技术路线 【技术优势】 (1) 基于驻极体薄膜的高灵敏度接触式压力传感器 目前用于呼吸音及心音监测的传感器大多采用较硬的基底,难以适应人体胸部曲线,不适合长期可穿戴使用。因此,本成果基于驻极体的自驱动压力传感器的自供能、响应速度快和灵敏度高等优势,设计了一种用于可穿戴式声音监测的高灵敏度柔性驻极体压力传感器,以实现对人体呼吸音与心音地长期、实时监测。 图2 部分成果展示 (2) 智能呼吸音监测分析预警平台 通过深入临床大规模收集心音和呼吸音样本、对病理性样本进行学习训练,对信号的模式识别进行研究匹配,采用人工神经网络、支持向量机两种识别模式,对病理性声音特征进行分析得出智能化参考病症分析。由于呼吸音信号的复杂性,同一种类型的呼吸音有不同人或是同一人在不同时间发出时,样本数据不完全相同,传统方法容错率与识别率极低。本成果将呼吸衰竭患者的呼吸音数据进行分类识别和特征标定,采用人工智能算法进行测试和集训,实现为大数据分析提供数据参考。 (3) 呼吸音智能监测预警系统的人机交互设计 通过分析多个智能呼吸音监测预警操作系统的使用场景、认知特点、输入和输出方式,归纳出它们在交互设计上的一般性的设计原则和设计缺陷。通过多学科的交叉,如人因功效学、设计语义学、设计美学、设计心理学等学科,进行了全面整体的交互设计研究。 图3 智能呼吸音诊断软件界面 图4 临床人员操作软件试用 【性能指标】
华中科技大学 2023-06-19
一种HVDC系统换流母线外部故障的人工智能识别方法
本发明提供一种HVDC系统换流母线外部故障的人工智能识别方法。其特点是该方法利用小波变换多尺度分解算法,把系统故障信号分解到不同频段,以不同频段信号小波能量偏度作为故障诊断特征向量,再结合BP神经网络实现交流系统故障类型的准确识别。该方法与以往交流系统故障类型识别方法相比较,从能量分布的角度,只需对一个故障信号进行特征提取,不受系统运行方式的影响,操作简单,准确性好,可性度高。
四川大学 2017-12-28
基于5G云计算的新冠肺炎免疫检测与智能分析系统
四川大学抗击新冠肺炎疫情应急科研攻关相关项目组联合中国移动,发挥文、理、工、医多学科交叉融合优势,充分利用华西医学科研资源,在“5G医学转化服务平台”和“医学+信息”基础上,研发成功的基于5G云计算的新冠肺炎免疫检测与智能分析系统是全球首个运用新冠肺炎生物芯片,融合物联网、大数据、人工智能、云计算等信息技术的高科技产品,能在不同场景(机场/车站安检、大型活动安检、社区及个人自检等)对目标人群开展免疫检测,并通过人工智能技术进行分析,为新冠疫情的最终解决提供必要技术支撑。该系统实现了检测点的分散式布局与检测资源下沉,能避免集中检测的交叉感染,检测方便快捷,准确率高,数据自动上传国家指定平台。
四川大学 2021-04-11
一种风光耦合电解制氢系统的储氢罐智能滤波控制方法
本发明提供了一种风光耦合电解制氢系统的储氢罐智能滤波控制方法,包括:设计滤波器并根据储氢罐的时间常数动态调整滤波器的截止频率,通过寻优机制找到最佳的滤波器阶数;通过储氢罐的充放氢状态,判断当前的工况,根据不同的工况,从FIR滤波器、IIR滤波器以及自适应混合滤波器中选择合适的类型;对制氢过程进行滤波,根据目标制氢速率和实际制氢速率的差异调整储氢罐的充放氢量,从而获取平滑的氢气输出;根据输出氢气过程中的波动率评估制氢系统的性能,并根据评估结果重新调整滤波器参数。本发明根据不同工况动态选择合适的滤波器类型,实现了较平滑的氢气输出速率,确保系统的稳定性,满足后续大规模工业生产的需要。
南京工业大学 2021-01-12
智能蜜网研究
智能蜜网技术是一种新兴的基于主动防御的网络安全技术,目前日益受到人们的关注,发展前景广阔。蜜罐是一种网络安全资源,它通过监视入侵者的活动,使用户能够分析研究入侵者所掌握的技术、使用的工具以及入侵的动机, “知己知彼, 百战不殆”,只有在充分了解对手的前提下, 我们才能更有效地维护互联网安全,而蜜罐和蜜网技术为捕获黑客的网络攻击行为, 并深入分析黑客提供了基础。 智能蜜网技术可应用于政务网站、企业网站监控等网络安全和信息安全监控等领域。在2013年“棱镜时间”的曝光后,中国对信息安全保障的重视程度也达到前所未有的高度。在网络安全的倒逼下,行业发展正迎来政策蜜月期,相关扶持政策有望陆续出台,信息安全市场将进入快速发展期。 智能蜜网项目以数据捕获和分解,用户上网行为模拟和恶意代码分析为核心。开放真实的web服务,FTP服务,telnet服务等。系统包含数据存储,智能分析,被动蜜网,主动蜜网,模拟用户子网,邮件子网,连接控制,数据捕获,管理区域等9个模块。 蜜网服务数据有一定的吸引力,吸引黑客对蜜网的攻击。蜜网中预留一些操作系统和服务的漏洞,来实现攻击诱骗。在黑客不察觉的情况下,收集攻击方式和恶意代码样本。 模拟用户的正常上网行为,访问web服务,FTP下载,访问邮箱等等,收集一些恶意脚本和恶意代码。搭建真实的邮件服务器,并在互联网上传播该服务器的邮箱地址,引诱恶意邮件发送者向该地址发送带有恶意代码的邮件。 URL获取与分析模块通过可配置的多种途径自动获取URL,以自定义格式保存为中间结果,再统一由相应程序保存到数据库中。之后对数据库中的URL进行筛选和判断,得到最终的恶意URL。
电子科技大学 2021-04-10
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