As neural computation is revolutionizing the field of Artificial Intelligence (AI), rethinking the ideal neural hardware is becoming the next frontier. Fast and reliable von Neumann architecture has been the hosting platform for neural computation. Although capable, its separation of memory and computation creates the bottleneck for the energy efficiency of neural computation, contrasting the biological brain. The question remains: how can we efficiently combine memory and computation, while exploiting the physics of the substrate, to build intelligent systems? In this thesis, I explore an alternative way with memristive devices for neural computation, where the unique physical dynamics of the devices are used for inference, learning and routing. Guided by the principles of gradient-based learning, we selected functions that need to be materialized, and analyzed connectomics principles for efficient wiring. Despite non-idealities and noise inherent in analog physics, I will provide hardware evidence of adaptability of local learning to memristive substrates, new material stacks and circuit blocks that aid in solving the credit assignment problem and efficient routing between analog crossbars for scalable architectures.


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神经计算(Neural Computation)期刊传播在理论、建模、计算方面的重要的多学科的研究,在神经科学统计和建设神经启发信息处理系统。这个领域吸引了心理学家、物理学家、计算机科学家、神经科学家和人工智能研究人员,他们致力于研究感知、情感、认知和行为背后的神经系统,以及具有类似能力的人工神经系统。由BRAIN Initiative开发的强大的新实验技术将产生大量复杂的数据集,严谨的统计分析和理论洞察力对于理解这些数据的含义至关重要。及时的、简短的交流、完整的研究文章以及对该领域进展的评论,涵盖了神经计算的所有方面。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/neco/
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