Neuromorphe Systeme

Das Ziel unserer Forschungsarbeiten ist es zu einem Paradigmenwechsel in der Informationsverarbeitung zu gelangen, der es erlaubt energetisch höchsteffiziente Mikroelektroniken aufzubauen. Im Kern unserer Forschungsaktivität steht dabei die Übertragung biologischer Prozesse der Informationsverarbeitung in festkörperelektronische Systeme. Im Einzelnen beinhaltet dies folgende Forschungsschwerpunkte:

  •  Memristive Bauelemente für neuromorphe Systeme

  • Analytik, Charakterisierung und Simulation von memristiven Bauelementen und Systemen

  • Neuromorphe Systeme und Modellierung biologischer Informationsverarbeitung

 

Weiterführende Informationen über derzeitig laufende Projekte:

ForLab Ilmenau für neuromorphe Elektronik

MemWerk

SFB 1461

Neuromorphe Memristive VLSI-Architekturen für Kognition (NMVAK)

 

Memristive Bauelemente für neuromorphe Systeme

Innerhalb dieses Forschungsschwerpunktes werden mittels dünnschichttechnologischer Verfahren (Materialabscheidungsprozesse, Lithografie, Ätzprozesse) memrisitive Bauelemente hergestellt. Diese Bauelemente sollen den speziellen Anforderungen bio-inspirierter Rechenarchitekturen, sogenannter neuromorpher Systeme, genügen und die Realisierung neuartiger Elektroniken ermöglichen. Neben der dafür benötigten Nachbildung der Mechanismen biologischer Informationsverarbeitung innerhalb der memrisistiven Bauelemente ist insbesondere die Entwicklung geeigneter Herstellungstechnologien, die eine Bauteilfertigung auf Wafer-Ebene erlauben, von zentraler Bedeutung.

Bauelemente Analytik (Ref: Seong et al. 2021)

Analytik, Charakterisierung und Simulation von memristiven Bauelementen und Systemen

Zur Nachbildung neurobiologischer Mechanismen der Informationsverarbeitung und Speicherung innerhalb nanoionischer und nanoelektronischer Materialsysteme werden quantenmechanische Gesetzmäßigkeiten in elektronische Bauelemente übertragen, d.h. in Bauelemente, deren geometrischen Dimensionen in der Größenordnung der Materiewellenlänge der Elektronen liegen. Dies bedarf eines engen Zusammenspiels zwischen modernsten technologischen Herstellungsverfahren, Grenzflächenuntersuchungen im atomaren Bereich, der Messtechnik, sowie der theoretischen Beschreibung der zugrundeliegenden fundamentalen physikalischen Gesetze. In diesem Zusammenhang gliedern sich die wissenschaftlichen Arbeiten dieses Schwerpunktes in zwei synergistisch eng verbundene Themenblöcke, d.h. Materialanalytik und elektronische Charakterisierung, sowie Bauteilmodellierung.

Analytik, Charakterisierung und Simulation von memristiven Bauelementen (Ref: Seong et al. 2021)

Neuromorphe Systeme und Modellierung biologischer Informationsverarbeitung

Die Entwicklung analoger memristiver Schaltungen basierend auf neurobiologisch inspirierten Modellvorstellungen ist das Ziel dieses Forschungsschwerpunktes. Dafür verfolgen wir einen stark interdisziplinären Ansatz, um einen Brückenschlag zwischen der Neurobiologie und der Elektrotechnik zu ermöglichen. Im Einzelnen beinhaltet dies die neurobiologische Modellbildung von Lern- und Gedächtnisprozessen und die Integration, das Design und die Realisierung neuromorpher Schaltkreise.

Emulation eines Wahrnehmungsprozesses (Ref: Ignatov et. al. Science Adv. 2017)