类脑视觉芯片
课程编码：180234140100P3013H
英文名称：Brain-inspired Vision Chip
课时：40
学分：2.00
课程属性：专业课
主讲教师：刘力源
教学目的要求
本课程旨在使学生掌握类脑视觉芯片的基本原理、架构设计、关键电路实现和系统集成技术。通过本课程学习，学生将能够： 理解生物视觉系统的基本工作机制和类脑仿生原理，掌握类脑视觉芯片的架构设计方法和关键技术，熟悉图像传感器、类脑处理器、接口电路等关键模块的设计，了解新型传感器件、感内计算器件、存内计算器件的前沿技术。 通过学生报告研讨环节，培养学生文献调研能力、学术表达能力、团队协作能力和创新思维能力，能够独立完成类脑视觉芯片相关技术的研究报告。培养学生严谨的科学态度、工程伦理意识、家国情怀和科技报国的使命感，树立为集成电路产业发展贡献力量的理想信念。
预修课程
数字集成电路设计、模拟集成电路设计、半导体物理与器件、数字图像处理
大纲内容
第一章 类脑视觉芯片的发展历史 刘力源
第1节 人类视觉系统 1.0学时
第2节 类脑视觉芯片的研究历史 1.0学时
第3节 类脑计算与神经形态工程学 1.0学时
第4节 典型应用概览 1.0学时
第5节 国内外研究现状与前沿进展 1.0学时
第二章 类脑视觉的生物基础 刘力源
第1节 人类视觉系统结构、功能 1.0学时
第2节 人类视觉系统优势与局限性 1.0学时
第3节 神经脉冲编码与信息处理机制 1.0学时
第4节 视网膜工作机制 1.0学时
第5节 视皮层工作机制 1.0学时
第6节 双通路视觉处理模型 1.0学时
第三章 类脑视觉芯片架构 刘力源
第1节 类脑视觉芯片总体架构 1.0学时
第2节 类脑视觉芯片与人类视觉系统对比 1.0学时
第3节 从冯·诺依曼架构到存算一体 1.0学时
第4节 类脑视觉芯片设计挑战 1.0学时
第四章 类脑视觉芯片数据流 刘力源
第1节 全脉冲视觉感算数据流 1.0学时
第2节 类视网膜视觉感知 1.0学时
第3节 类脑双通路视觉处理 1.0学时
第4节 片上学习机制 1.0学时
第5节 自适应反馈机制 1.0学时
第五章 类视网膜图像传感器 刘力源
第1节 类视网膜视觉传感器架构、功能、典型指标 1.0学时
第2节 二维成像技术：弱光视觉、高动态视觉与彩色视觉 1.0学时
第3节 三维成像技术 1.0学时
第4节 动态视觉成像技术 1.0学时
第5节 自适应成像技术 1.0学时
第六章 典型类视网膜图像传感器 刘力源
第1节 动态视觉传感器 1.0学时
第2节 脉冲图像传感器 1.0学时
第3节 单光子脉冲图像传感器 1.0学时
第4节 二维半导体光电探测器 1.0学时
第七章 类脑视觉处理算法 刘力源
第1节 脉冲神经网络概述 1.0学时
第2节 脉冲神经元的数学模型 1.0学时
第3节 脉冲信号的编码方式 1.0学时
第4节 脉冲神经网络训练与学习规则 1.0学时
第八章 类脑处理器架构 刘力源
第1节 类脑处理器架构 1.0学时
第2节 神经元电路与突触可塑性电路实现 1.0学时
第3节 片上学习与自适应的电路实现 1.0学时
第4节 基于忆阻器的神经形态计算电路 1.0学时
第九章 新型类脑计算器件 刘力源
第1节 感内计算基本原理、优势 1.0学时
第2节 存内计算基本原理、优势 1.0学时
第3节 感内计算类脑视觉芯片 1.0学时
第4节 存内计算类脑视觉芯片 1.0学时
参考书
1、
EVENT-BASED NEUROMORPHIC SYSTEM
Shih-Chii Liu, Tobi Delbruck, Giacomo Indiveri, Adrian Whatley, Rodney Douglas
2015年
Wiley
2、
NEUROSCIENCE
DALE PURVES, GEORGE J. AUGUSTINE, DAVID FITZPATRICK
2004年
Sinauer Associates, Inc.
3、
Near-sensor and In-sensor Computing
Yang Chai, Fuyou Liao
2022年
Springer
课程教师信息
中国科学院半导体研究所研究员，中国科学院大学岗位教授。2010年获清华大学工学博士学位；2010-2012年在清华大学电子工程系从事博士后研究；2012年7月加入中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室，任副研究员。2018年1月任半导体超晶格国家重点实验室研究员。2016年入选中国科学院青年创新促进会。
刘力源研究员主要从事人工智能视觉芯片研究，基于半导体所平台，围绕人工视觉感知器件和电路、新型视觉传感器、边缘视觉处理器、传感器/处理器集成技术开展研究，取得了一系列创新性的研究成果，为光电融合视觉芯片实用化奠定了基础。
主要研究方向包括：
1）面向3D视觉和高速视觉的单光子图像传感器研制，基于CMOS工艺的太赫兹探测器和面阵成像器件研制；
2）面向边缘图像处理的视觉处理器架构和电路研究，基于神经网络的图像处理算法及轻量化方法研究；
3）CMOS图像传感器和处理器一体化视觉芯片、脉冲型全仿生视觉芯片、基于动态视觉传感的视觉芯片研究。
学术兼职包括：半导体学报编委，国际集成电路技术与应用大会议（ICTA）程序委员会主席（2019-2020），亚洲固态电路会议（A-SSCC）程序委员会成员（2013-2018）；电气与电子工程师协会（IEEE）会员，IEEE固态电路协会北京分会副主席；北京电子学会理事，中国图形图象学会类脑视觉专委会委员，中国运筹学会智能工业数据解析与优化专委会理事。