南京大学电子学院在超低功耗氧化物尖峰视觉神经元方面取得进展

近日，南京大学万青教授、万昌锦副教授课题组，构建了能够对连续光进行频率编码的氧化物基(IGZO/TaO_X)视锥神经元器件，取得了可见光范围单个尖峰小于400 pW的功耗（与人眼视锥感受器功耗相当），实现了高生物相似性的颜色感知能力的模拟。该器件采用了低温磁控溅射的制备工艺，与标准半导体制造工艺兼容，适合大面积硅基三维集成。该成果将为低功耗的动态视觉处理系统提供基础元件，并为高智能仿生机器人的发展提供重要的参考价值。该研究成果以“Vertically integrated spiking cone photoreceptor arrays for color perception”为题。

生物视觉神经系统能把外界刺激转换成跨膜电位，使外界刺激的关键特征体现在膜电位的频率、持续时间和波动方向等形式里。这种编码方式具有极高的价值密度，极大地节省了信息处理所需的能量。例如，我们依赖于视网膜上近6百万个视锥感受器能分辨超过1百万种颜色，然而每个感受器细胞功耗却仅为几百个皮瓦(~10^-10 W)，其性能超越绝大多数数字传感器（图1）。