共享CMOS神经阵列

5.3 pJ/尖峰

通过时间调制轴突共享和背景失配校准，在保持并行连接的同时大幅减小面积和功耗，实现高能效脉冲神经网络。

Qi, Xiangao · 赵健 · Yuqing, Lou · 王国兴 · Tang, Keationg · 李永福

IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems 2023

参数信息

面积密度

3125 neurons/mm²

单次尖峰功耗

5.3 pJ/spike

等效全并行突触数

2304

单位吞吐量

5500 events/s/neuron

技术优势

面积缩小一个数量级

比较器共享神经元电路配合背景校准，在无性能损失的前提下缩小单个神经元面积，使阵列密度达到 3125 神经元/mm²。

打通全并行连接

时间调制轴突共享方案以有限硬件开销实现全并行突触连接，等效 2304 个全并行突触，单位吞吐量达 5500 事件/秒/神经元。

能耗贴近生物水平

单次尖峰功耗 5.3 pJ，相比传统硅神经元大幅降低，适合大规模脉冲神经网络部署。

应用场景

• 神经形态计算：直接以脉冲形式执行神经网络推理，免去传统乘累加阵列的高功耗。
• 低功耗边缘AI：5.3 pJ/尖峰使电池供电的边缘设备也能长时间运行事件驱动推理。
• 事件驱动视觉：与事件相机输出天然匹配，逐尖峰处理动态视觉流而无需帧缓冲。
• 脑机接口前端：在植入端原位处理神经信号，大幅减少需要无线传输的数据量。