電子信息學(xué)院現(xiàn)代電路與智能信息研究所王光義教授團(tuán)隊(duì)的2020級(jí)博士生靳培培，以第一作者、杭電第一單位在電路與系統(tǒng)領(lǐng)域頂級(jí)期刊IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Paper（TCAS-I）發(fā)表的論文“Neuromorphic Dynamics of Chua Corsage Memristor”，被選為IEEE TCAS-I 2021年的亮點(diǎn)論文（Highlight），并在多個(gè)中英文媒體平臺(tái)(Facebook、Tweeter、LinkedIn及微信)推送。電子信息學(xué)院王光義教授、梁燕副教授、西澳大學(xué)Herbert Ho-Ching Iu教授和加州大學(xué)伯克利分校Leon O. Chua教授為共同作者，王光義教授為通信作者。

該文共同作者Leon O. Chua是憶阻器(memristor)的發(fā)明者，也是細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、混沌電路和非線(xiàn)性電路的開(kāi)拓者。海量數(shù)據(jù)及其計(jì)算需求的指數(shù)增長(zhǎng)，使傳統(tǒng)存算分離的計(jì)算架構(gòu)遭遇了馮·諾依曼瓶頸，以晶體管密度驅(qū)動(dòng)發(fā)展的計(jì)算技術(shù)也逐漸達(dá)到物理極限的瓶頸，憶阻器的出現(xiàn)為解決這兩個(gè)瓶頸提供了一種好的解決方案。憶阻器可直接從物理層面模擬神經(jīng)元和突觸行為來(lái)處理信息，以其高度并行、極低功耗和存算一體的優(yōu)勢(shì)，成為目前神經(jīng)形態(tài)器件的最佳選擇。因此，設(shè)計(jì)能夠發(fā)放典型動(dòng)作電位的憶阻器神經(jīng)元就成為神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的重要基礎(chǔ)工作。

按照Leon O. Chua的局部有源理論，局部有源是一切復(fù)雜性的起源，混沌邊緣是局部有源域中的一個(gè)子集，神經(jīng)元的動(dòng)作電位就出現(xiàn)在混沌邊緣或其附近。因此混沌邊緣好似局部有源域中的一顆“珍珠”，精確定位其位置對(duì)于揭示憶阻器神經(jīng)元的動(dòng)作電位發(fā)放機(jī)理、進(jìn)而設(shè)計(jì)硬件神經(jīng)元具有重要意義。

該文依據(jù)Chua提出的局部有源和混沌邊緣理論，發(fā)現(xiàn)了Chua 提出的局部有源憶阻器CCM (Chua Corsage Memristor )的一些未知神經(jīng)形態(tài)動(dòng)力學(xué)，用一個(gè)簡(jiǎn)單的CCM三階電路即可實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元的典型動(dòng)作電位和混沌行為。該研究給出了僅用CCM憶阻器小信號(hào)等效電路參數(shù)精確定位其混沌邊緣的條件。并且，CCM與一個(gè)電感串聯(lián)的簡(jiǎn)單二階電路出現(xiàn)了一個(gè)新奇的結(jié)果，它完美地呈現(xiàn)出由亞臨界Hopf分叉引起的不穩(wěn)定極限環(huán)和全局動(dòng)力學(xué)。更有意義的是，CCM與一個(gè)電感和一個(gè)電容的簡(jiǎn)單串并聯(lián)三階電路，在其混沌邊緣附近產(chǎn)生了典型的神經(jīng)形態(tài)動(dòng)力學(xué)，其中包括典型的單尖峰（single spiking）、周期尖峰（periodic spiking）、可控制尖峰數(shù)量的簇發(fā)（burst-number adaptation ）等動(dòng)作電位以及自維持振蕩（self-sustained oscillation）、混沌（chaos）等神經(jīng)形態(tài)行為。

該研究工作由國(guó)家自然科學(xué)基金(61771176, 61801154)、浙江省自然科學(xué)基金（LY20F010008）和USA under Grant FA 9550-18-1-0016資助。