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Position: Promotionsarbeit: Modellierung und Simulation memristiver Elemente für die Anwendung in neuromorphen Systeme
Institution: Forschungszentrum Jülich GmbH
Department: PGI-7 - Elektronische Materialien
Location: Jülich, Nordrhein‐Westfalen, Germany
Duties: Das Ziel der hier angebotenen Promotionsstelle soll sein, physikalische Simulationsmodelle für memristive Bauelemente zu entwickeln. Dazu sollen vor allem Kontinuumsmodelle eingesetzt werden. Basierend auf den Modellen sollen Designregeln für den Einsatz der memristiven Bauelemente entwickelt werden. Hierzu stehen dem Institut diverse kommerziellen Simulationstools und eigene Entwicklungsumgebungen zur Verfügung. Die Arbeit erfolgt in einem Team von Promotionsstudenten, welches insgesamt die Skalen von atomistischen Rechnungen bis zur Modellierung von Kompaktmodellen und Schaltungsdesign abdeckt
Requirements: Überdurchschnittliche Studienleistung, Interesse an theoretischer und multidisziplinärer Arbeit in übergreifenden Teams. Grundkenntnisse der Bauelementphysik sowie der Simulation sind erwünscht
   
Text: Ausschreibender Bereich: PGI-7 - Elektronische Materialien Kennziffer: D174/2018, Physik, Elektrotechnik Promotionsarbeit: Modellierung und Simulation memristiver Elemente für die Anwendung in neuromorphen Systeme Neuromorphe Systeme stellen eine Alternative zu konventionellen Computern dar. Sie sind besonders gut geeignet zur Bearbeitung kognitiver Aufgaben wie Bilderkennung, automatische Sprachübersetzung, Analyse grosser Datenmengen und bilden eines der Grundsteine des autonomen Fahrens. Zurzeit wird konventionelle Computerhardware zur Softwareimplementierung neuromorpher Systeme verwendet. Memristive Elemente ermöglichen die Entwicklung einer speziellen, völlig neuartigen Hardware für neuromorphe Systeme. Eine vielversprechende Klasse memristiver Elemente sind redox-basierte resistive Zellen (ReRAMs). Der Einsatz dieser Bauelemente verspricht den Energieverbrauch neuromorpher Hardware drastisch zu verringern. In memristiven Bauelementen (wie z.B ReRAMs) kann dessen Widerstand mit Hilfe geeigneter Spannung eingestellt werden. Daher können sie als Synapsen in neuromorphen Systemen eingesetzt werden. Die Einstellung des Widerstandes muss dabei sehr gut kontrolliert werden können. Dazu wird ein gutes Verständnis der Schaltdynamik und des Schaltmechanismus benötigt. In ReRAMs wird der elektronische Widerstandswechsel durch die feldgetriebene Bewegung ionischer Defekte und Redox-Reaktionen auf der Nanoskala. Unsere Arbeitsgruppe ist weltweit führend im mikroskopischen Verständnis von ReRAM. Dieses Konzept zeigt experimentell bereits vielversprechende Ergebnisse, um die Anforderungen neuronaler Netze zu erfüllen. Um diese jedoch weiter zu verbessern und zu modifizieren ist ein weiteres Verständnis der involvierten physikalischen Prozesse essenziell. Zum Aufbau dieses Verständnisses sind Modellierungen und Simulation erforderlich. Dazu müssen physikalische Zusammenhänge entwickelt und in ein physikalisches Simulationsmodell übertragen werden. Der Vergleich von Simulation und Experiment ermöglicht die Validierung von Modellhypothesen, aber auch die Prädiktion des Schaltverhaltens für skalierte Devices. Zusätzlich können auf Basis eines physikalischen Simulationsmodells Designregeln für optimierte Zellen erarbeitet werden. Um die Brücke zwischen dem Verständnis der atomaren Prozesse und der Anwendung in neuromorphen Systemen mit einer Vielzahl dieser Bauelemente zu schlagen, ist ein Multiskalensimulationsansatz vonnöten. Dieser reicht von der atomaren Beschreibung über Kontinuumsrechnungen zu Kompaktmodellen für die Schaltungsanalyse. Das Ziel der hier angebotenen Promotionsstelle soll sein, physikalische Simulationsmodelle für memristive Bauelemente zu entwickeln. Dazu sollen vor allem Kontinuumsmodelle eingesetzt werden. Basierend auf den Modellen sollen Designregeln für den Einsatz der memristiven Bauelemente entwickelt werden. Hierzu stehen dem Institut diverse kommerziellen Simulationstools und eigene Entwicklungsumgebungen zur Verfügung. Die Arbeit erfolgt in einem Team von Promotionsstudenten, welches insgesamt die Skalen von atomistischen Rechnungen bis zur Modellierung von Kompaktmodellen und Schaltungsdesign abdeckt. Voraussetzungen: Überdurchschnittliche Studienleistung, Interesse an theoretischer und multidisziplinärer Arbeit in übergreifenden Teams. Grundkenntnisse der Bauelementphysik sowie der Simulation sind erwünscht. Dr. Stephan Menzel ( st.menzel@fz-juelich.de ) Forschungszentrum Jülich Perter Grünberg Institut 7 Ausschreibung als pdf-Datei: Doktorarbeit: Modellierung und Simulation memristiver Elemente für die Anwendung in neuromorphen Systeme (PDF, 1.017 kB)
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