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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
一种基于片上系统的无线温湿度监控节点及其监控方法
本发明公开了一种基于片上系统的无线温湿度监控节点及其监控方法,所述无线温湿度监控节点包括均单片机CC430、数字温湿度传感器SHT11、聚合物锂电池、天线、32.768kHz的低频晶振、26MHz的高频晶振和JTAG调试口。本发明利用无线温湿度监控节以及其监控方法,不仅在环境的安装部署上极为简便,在维护或者改装变迁上也非常方便;另外本发明是休眠和工作之间来回切换,极大程度的降低了功耗,而且也有效的避开了多个节点之间的相互干扰。
四川大学 2016-10-27
一种用于制造片材与柔性薄膜复合叠层的系统及方法
本发明公开了一种用于制造片材与柔性薄膜复合叠层的系统及其方法,所述系统沿着薄膜输送方向依次包括开卷装置、第一检测装置、上料装置、压合装置、第二检测装置、裁切装置、第三检测装置、下料装置以及收卷装置。其中开卷和收卷装置分别用于将薄膜展开和缠绕收卷,上料和压合装置分别用于真空吸附片材和将片材在薄膜上叠合,裁切装置用于对复合叠层执行断点切断,第一、第二和第三检测装置用于检测柔性薄膜的输送、叠合对位和裁切效果予以检测和反馈,下料装置用于对复合叠层执行下料及分类处理。通过本发明,能够保证薄膜的稳定输送及其与片材之间的精确定位,防止片材出现弯曲和脆裂现象,而且便于对复合叠层进行裁切和分类处理。
华中科技大学 2021-04-11
2022年度安徽省科学技术奖网评通过项目公示
2022年安徽省科学技术奖网评工作已经结束。现将网评通过的293项科学技术奖项目,其中自然科学奖45项,技术发明奖9项,科学技术进步奖239项在安徽省科学技术厅网站公示。
安徽科技厅 2023-02-07
基于现场总线与工业以太网的新型 DCS 控制系统的 设计
本项目以通信和控制为核心功能,以实时性和可靠性为基本要求,主控系 统由两个冗余配置的控制卡构成,两个控制卡具有完全相同的软硬件配置,工 作于主从模式的双机热备状态中。控制卡要实现与上层工程师站和操作员站的 以太网通信,与底层测控板卡的现场总线 CAN 通信,还要能够解析、运行和存 储工程师站下载的基于功能框图的控制算法。 历经近四十年的发展, DCS(分布式控制系统)在功能和性能上稳步提升, 提高了工业生产的自动化程度,为企业的生产管理提供了重要的参考数据,在 大型复杂工业生产过程中确立了不可替代的地位。而且,DCS 不断与新的控制技术和通信技术相结合,呈现出新的结构模式和更加优异的性能。通过对 DCS 控制站主控系统的研究,依据具体的功能需求,本项目实现了基于 ARM 微控 制器与嵌入式实时操作系统的 DCS 控制站主控系统。 
山东大学 2021-04-13
一种跨设备跨协议的 EPON 网络中的网元管理系统
本发明公开了一种跨设备跨协议的 EPON 网络中的网元管理系统,本发明创建的系统,实现对异构 EPON 网络的统一监控和管理;提出 EPON 网元元数据模型,实现异构 EPON 网络设备、接口和协议的 统一描述;提出分布式 EPON 网络中的网元性能和状态并行轮询方法,对大规模分布式 EPON 网络性能 和网元状态实现快速、高效查询;建立异构 EPON 设备的统一配置系统,实现对不同设备、不同北向接 口协议的统一配置;建立大规模、分布式 EPO
武汉大学 2021-04-14
一种网盘应用程序编程接口的测量方法和系统
本发明公开了一种对网盘的应用程序编程接口进行测量分析的 系统,旨在测量网盘的应用程序编程接口的性能,并分析其底层的系 统架构,供第三方应用进行针对性的优化设计以保证应用性能,并帮 助网盘提供商分析性能瓶颈。系统包括三层。系统顶层根据用户给定 的测量参数对网盘应用程序编程接口进行测量,并将测量数据输出到 文件。系统中层包含多个模块,每个模块对应一个网盘,实现该网盘 的应用程序编程接口的应用层协议。系统预定义了网盘模块向
华中科技大学 2021-04-14
基于多次同步异频法的大型地网工频接地阻抗测量方法
本发明公开了一种基于多次同步异频法的大型地网工频接地阻抗测量方法,具体为:在使用异频法 测量大型地网工频接地阻抗时,采用本专利给出的多次同步测量方法,同步测得多组异频电压和异频电 流;利用加窗傅里叶滤波算法计算得到多组异频电压相量和异频电流相量;利用本专利给出的计算方法, 计算得到大型地网在异频频率下的接地阻抗;利用插值方法计算得到大型地网工频接地阻抗,包括阻性 分量和感性分量。本发明方法考虑了利用停运线路作为测量回路测量大型地网接地阻抗时,电流极引线、 测量回路周围中性点接地系统的平行架空线路与电压极引线的电磁耦合效应对测量结果的影响,从而大 大提高了大型地网工频接地阻抗测量结果的精度。
武汉大学 2021-04-13
一种铜基粉末冶金刹车片材料及其制备方法和应用
本发明公开一种铜基粉末冶金刹车片材料及其制备方法和应用,该铜基粉末冶金刹车片材料由如下重量百分比的原料制得:铜粉54wt%~67wt%,石墨13wt%,铁粉4wt%~17wt%,铁铬合金8wt%~14wt%,碳化硅1wt%~4wt%,二氧化硅1wt%~4wt%;其制备方法包括如下步骤:1)按配比称取原料,放入混料机中混配均匀;2)将混配好的原料装入模具中,在真空气氛或在氮气保护下采用热压烧结或放电等离子烧结得到综合性能优异的刹车片材料。制得的刹车片材料致密度和硬度高,摩擦系数稳定,耐磨损,综合性能优异,可以满足高铁列车制动摩擦片需求。该铜基粉末冶金刹车片材料可用于制备刹车片,制备方法为:采用Q235作基材,将制备铜基粉末冶金刹车片材料的原料与基材经热压烧结工艺进行复合烧结,得到刹车片。
东南大学 2021-04-11
一种四分之一双波片相位延迟器
本发明公开了一种四分之一双波片相位延迟器,可在紫外、可 见及近红外的波段范围内实现消色差,其特征在于,该双波片相位延 迟器由两个同种材料或者不同材料的四分之一零级波片构成,该两零 级波片沿光轴平行布置,且两光轴夹角为 45°,其中,所述两个四分 之一零级波片的中心波长在波段范围内,且满足使得两零级波片组成 的双波片在该波段范围内各波长点对应的相位延迟量δe(λ)与理想相 位延迟量值π/2 之间差值的最大值取得最小值。与现有的双波片相比, 该相位延迟器将两个零级波片光轴按 45°组合,而不是 90°,得到的 双波片相位延迟器在全波段内有更好的消色差等特性,能够满足光谱 椭偏测量等宽光谱光学系统的使用要求。 
华中科技大学 2021-04-11
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