Neuro-symbolic artificial intelligence (AI) excels at learning from noisy and generalized patterns, conducting logical inferences, and providing interpretable reasoning. Comprising a 'neuro' component for feature extraction and a 'symbolic' component for decision-making, neuro-symbolic AI has yet to fully benefit from efficient hardware accelerators. Additionally, current hardware struggles to accommodate applications requiring dynamic resource allocation between these two components. To address these challenges-and mitigate the typical data-transfer bottleneck of classical Von Neumann architectures-we propose a ferroelectric charge-domain compute-in-memory (CiM) array as the foundational processing element for neuro-symbolic AI. This array seamlessly handles both the critical multiply-accumulate (MAC) operations of the 'neuro' workload and the parallel associative search operations of the 'symbolic' workload. To enable this approach, we introduce an innovative 1FeFET-1C cell, combining a ferroelectric field-effect transistor (FeFET) with a capacitor. This design, overcomes the destructive sensing limitations of DRAM in CiM applications, while capable of capitalizing decades of DRAM expertise with a similar cell structure as DRAM, achieves high immunity against FeFET variation-crucial for neuro-symbolic AI-and demonstrates superior energy efficiency. The functionalities of our design have been successfully validated through SPICE simulations and prototype fabrication and testing. Our hardware platform has been benchmarked in executing typical neuro-symbolic AI reasoning tasks, showing over 2x improvement in latency and 1000x improvement in energy efficiency compared to GPU-based implementations.


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人工智能杂志AI(Artificial Intelligence)是目前公认的发表该领域最新研究成果的主要国际论坛。该期刊欢迎有关AI广泛方面的论文,这些论文构成了整个领域的进步,也欢迎介绍人工智能应用的论文,但重点应该放在新的和新颖的人工智能方法如何提高应用领域的性能,而不是介绍传统人工智能方法的另一个应用。关于应用的论文应该描述一个原则性的解决方案,强调其新颖性,并对正在开发的人工智能技术进行深入的评估。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/ai/
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