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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
一种空间多自由度定位装置及其空间位置解算方法
本发明公开了一种空间多自由度定位装置及其空间位置解算方法。所述装置包括底板平台、第一三维转台、第二三维转台、第一转台底座、第二转台底座、伺服电机、丝杠和导轨,导轨铺设在底板平台上,第一三维转台安设在第一转台底座上,第一转台底座固定在底板平台的一端,第二三维转台安设在第二转台底座上,第二转台底座可以沿导轨做靠近或远离第一转台底座的运动,两个目标物体分别固定在第一三维转台和第二三维转台上。所述空间位置解算方法根据本发明装置的机械结构特点,通过固定在夹具上两物体间期望的空间位置姿态关系解算出装置上每个运动部件的运动量。本发明能够实现空间中两个物体之间的复杂相对位置姿态的定位。
东南大学 2021-04-13
新质生产力发展与新农科创新人才培养论坛
第62届中国高等教育博览会——新质生产力发展与新农科创新人才培养论坛
中国高等教育博览会 2024-11-11
现代服务业安全网络支撑平台
完成团队简介:高岭教授及其领导的科研团队长期以来致力于信息科学领域的研究工作,主要围绕计算机网络基础理论、网络安全与管理、网络流量与性能分析,以及嵌入式Internet服务、网络应用服务、教育信息化、远程教育和教育技术等领域开展相应的研究工作。先后在国内外学术刊物上发表论文100余篇,其中SCI、EI 、ISTP检索30余篇;教学科研成果多次获陕西省、西安市等颁发的优秀成果奖;主持国家自然科学基金项目、国家科技支撑计划项目课题、陕西省“13115”重大科技创新工程公共服务平台建设项目等20余项国家、省部级科研项目。   现代服务业安全服务支撑平台层次结构 成果内容:研究团队通过集成网络管理、云计算、移动计算等技术,研发具有自主知识产权的“现代服务业安全网络支撑平台”,构建一个安全、稳定、可靠的网络环境,解决当前服务业支撑环境安全和服务质量等难以保证等问题,适用于各类复杂网络环境,易于向云计算架构移植,同时支持移动终端接入的解决方案。 现代服务业安全网络支撑平台的关键技术包括支持多标准跨平台的一体化漏洞检测技术、 安全网络环境主动构建技术、漏洞安全服务个性化定制技术、支持多源关联的网络态势评估技术、 Hadoop云计算海量日志深度分析技术、自适应移动服务访问技术。团队在关键技术的研究基础上研发一套安全监控服务平台系统,并发表相应的学术论文和申报国家科技发明专利。 成果成熟度:中试产品阶段(已解决关键技术,需要合作进行产业化攻关)。 预期成果收益:需要投入210万元对于平台进行改版设计及性能优化,更好面向移动服务市场。按照目前漏洞扫描及安全评测的市场价格测算,重点针对企事业单位的安全环境,以每套30万或者安全检测服务费计算,预期在达到年销售600万的销售收入。
西北大学 2021-05-11
超低密度微球支撑剂研究开发
目前,从美国能源信息署的数据可以看出,到2025年,全球的石油年需求量将达到136.5亿吨。然而,世界范围内易开采、低成本的石油资源越来越少,难开采、高成本的石油资源越来越多,因此需要目前主要可以通过开发一些新的技术来解决这一矛盾,水力压裂就是一种新型高效的开采技术,它是石油、天然气低渗透油气井开采增产的重要新技术,水力压裂一般应用到水平井中。在水力压裂过程的中,支撑剂是其中的关键材料。本项目采用软化学浆液阀制备超低密度微球支撑剂,广泛应用于各种油气井中。
中国科学院大学 2021-04-10
优化地方财政科技投入,强化创新要素支撑
地方财政科技投入是区域科技进步和高质量发展的基础保障和条件支撑,对于提升我国科技实力、实现高水平科技自立自强具有重要意义。随着科技领域中央与地方财政事权和支出责任划分改革的不断推进,我国地方政府投入科技创新的积极性不断提升,但仍存在财政科技投入增速趋缓、结构不合理、地区差异扩大等问题,亟须优化地方财政科技投入,提高财政资金使用效益。
科技日报 2022-06-07
一种新闻采访用设备支撑架
本实用新型提出了一种新闻采访用设备支撑架,包括左侧板、右侧板、上侧板和下侧板,所述左侧板、右侧板、上侧板和下侧板形成一矩形框体,所述矩形框体内竖向设置有两加强板,两加强板的内侧壁上分别设置有一滑轨,还包括一摄像机支撑板,所述摄像机支撑板的两侧与滑轨连接,所述摄像机支撑板上开有一滑行槽,还包括两T形固定板,两所述T形固定板置于所述滑行槽内,两者之间通过一弹簧连接,还包括紧固件,所述紧固件与T形固定板连接,所述矩形框体的顶面上连接有射灯和话筒放置槽,本申请可将小型摄像机,话筒和射灯组合在支架上,方便携带。
青岛农业大学 2021-04-13
现代服务业安全网络支撑平台
项目成果/简介:完成团队简介:高岭教授及其领导的科研团队长期以来致力于信息科学领域的研究工作,主要围绕计算机网络基础理论、网络安全与管理、网络流量与性能分析,以及嵌入式Internet服务、网络应用服务、教育信息化、远程教育和教育技术等领域开展相应的研究工作。先后在国内外学术刊物上发表论文100余篇,其中SCI、EI 、ISTP检索30余篇;教学科研成果多次获陕西省、西
西北大学 2021-01-12
一种带支撑带的救生圈
本实用新型提供一种带支撑带的救生圈,救生圈侧面设有两个凸出的轴,两端带孔的支撑带套在轴 上,可绕轴转动,支撑带还具有防止支撑带上下浮动的若干漏孔,救生圈上部设有若干凹口,每个凹口 内均设置有带防滑纹的把手,凹口由两凹陷部分组成,两凹陷部分中部为半圆形下凹缺口,可方便用手 抓住把手。本实用新型利用支撑带和把手的设计,巧妙地实现了让救生圈托起使用者以保存体力的使用 效果,结构简单,使用方法一目了然,便
武汉大学 2021-04-14
建模与仿真一体化支撑平台
Ø 本平台基于高层分布式仿真体系结构HLA和网格技术构建,在系统建模、仿真、数据分析和可视化等方面提供平台级支持。目的是为了解决现有的仿真软件通用性差、不能灵活应用的问题,为实现系统级的仿真,提出一种基于HLA的仿真软件交互方法。本技术通过将具有不同仿真功能的专业仿真软件进行整合配置,对各个专业软件输入输出接口进行分析和调用,并对仿真流程进行设计与控制,最终实现一个具有一体化仿真功能的、可供二次开发的仿真系统。该技术目前已经获得“一种基于HLA的仿真软件交互方法”国家发明专利授权。
北京理工大学 2021-04-14
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