[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于阻變器件和適應(yīng)-激發(fā)神經(jīng)元的神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710330263.2
• 申請(qǐng)日: 2017-05-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107273972B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康晉鋒;江宇寧;黃鵬;周正;柳晨;韓潤(rùn)澤;劉曉彥;劉力鋒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06N3/06
• 分類(lèi)號(hào): G06N3/06;G06N3/08
• 代理公司: 北京辰權(quán)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11619
• 代理人: 董李欣

1.一種基于阻變器件和適應(yīng)-激發(fā)神經(jīng)元的神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)，其包括阻變器件交叉陣列、與阻變器件交叉陣列中的每一列相連接的多個(gè)前神經(jīng)元、與阻變器件交叉陣列的每一行相連接的多個(gè)后神經(jīng)元、與多個(gè)后神經(jīng)元相連接的全局動(dòng)態(tài)閾值控制電路、用于控制多個(gè)前神經(jīng)元和多個(gè)后神經(jīng)元的控制邏輯模塊、與多個(gè)前神經(jīng)元和多個(gè)后神經(jīng)元相連接的電壓調(diào)節(jié)模塊、與多個(gè)前神經(jīng)元相連接的樣例輸入模塊、與控制邏輯模塊相連接的標(biāo)簽輸入模塊、與多個(gè)后神經(jīng)元相連接的結(jié)果輸出模塊。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的阻變器件交叉陣列中交叉點(diǎn)上的每個(gè)單元是具有獨(dú)立選擇功能的器件單元，包括一阻變器件(1R)結(jié)構(gòu)、一晶體管一阻變器件(1T1R)結(jié)構(gòu)、一選擇器件一阻變器件(1S1R)結(jié)構(gòu)這三種結(jié)構(gòu)中的任意一種結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述前神經(jīng)元采用數(shù)模混合電路實(shí)現(xiàn)，前神經(jīng)元數(shù)字部分用于將需要進(jìn)行分類(lèi)的信息進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)化為高、低電平輸出，前神經(jīng)元模擬部分根據(jù)電平信號(hào)輸出幅度、脈寬合適的電壓脈沖，然后施加給阻變器件交叉陣列中的其中一列。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，后神經(jīng)元采用數(shù)模混合電路實(shí)現(xiàn)，后神經(jīng)元的模擬部分接收來(lái)自阻變器件交叉陣列的突觸電流，后神經(jīng)元不含有電容器，不用于對(duì)突觸電流進(jìn)行積分，而是用于將突觸電流轉(zhuǎn)化為與之成正比的局部電壓，并且接收一個(gè)來(lái)自全局動(dòng)態(tài)閾值控制電路的、隨時(shí)間變化的全局動(dòng)態(tài)閾值，然后將所述的局部電壓與所述的全局動(dòng)態(tài)閾值進(jìn)行比較；后神經(jīng)元的數(shù)字部分用于接收后神經(jīng)元模擬部分的比較結(jié)果，并結(jié)合電路的當(dāng)前狀態(tài)和輸入的標(biāo)簽信息，給出最終的分類(lèi)結(jié)果。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)的運(yùn)作模式包括分類(lèi)模式和學(xué)習(xí)模式，其中，學(xué)習(xí)模式包括監(jiān)督學(xué)習(xí)模式和非監(jiān)督學(xué)習(xí)模式。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，分類(lèi)模式下，所述系統(tǒng)只對(duì)輸入樣例進(jìn)行分類(lèi)，不修改突觸權(quán)重；學(xué)習(xí)模式下，所述系統(tǒng)先確定唯一一個(gè)需要修改權(quán)重的神經(jīng)元，然后修改該神經(jīng)元對(duì)應(yīng)的突觸的權(quán)重。

7.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的基于阻變器件和適應(yīng)-激發(fā)神經(jīng)元的神經(jīng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括：

S101是否是學(xué)習(xí)模式，如果是，則S201，如果否，則S202；

S201進(jìn)入學(xué)習(xí)模式，依次對(duì)各行阻變器件執(zhí)行RESET操作，將全部后神經(jīng)元標(biāo)記為“未學(xué)習(xí)”，進(jìn)入S301；

S202進(jìn)入分類(lèi)模式，輸入樣例，某一個(gè)后神經(jīng)元激發(fā)，控制邏輯抑制其它神經(jīng)元激發(fā)，輸出激發(fā)結(jié)果，進(jìn)入S501；

S301輸入樣例，是否是監(jiān)督學(xué)習(xí)模式，如果是，則讀取當(dāng)前標(biāo)簽，強(qiáng)制指定一個(gè)后神經(jīng)元激發(fā)，進(jìn)入S401；如果否，則某一個(gè)后神經(jīng)元激發(fā)，進(jìn)入S401；

S401控制邏輯抑制其它后神經(jīng)元激發(fā)，輸出激發(fā)結(jié)果，選中激發(fā)的后神經(jīng)元對(duì)應(yīng)的行，選中輸出“1”的前神經(jīng)元對(duì)應(yīng)的列，對(duì)選中的單元執(zhí)行SET操作，激發(fā)的后神經(jīng)元標(biāo)記為“已學(xué)習(xí)”，判斷是否還有“未學(xué)習(xí)”的后神經(jīng)元，如果否，則進(jìn)入S501，如果是，則進(jìn)入S301；

S501結(jié)束。