[發(fā)明專利]一種基于內(nèi)部狀態(tài)標(biāo)志的神經(jīng)形態(tài)芯片、系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108345936B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施路平;王冠睿;吳臻志;裴京
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G06N3/06
• 分類號: G06N3/06;G06F1/12
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發(fā)明提供一種基于內(nèi)部狀態(tài)標(biāo)志的神經(jīng)形態(tài)芯片、系統(tǒng)及方法。所述神經(jīng)形態(tài)芯片包括：所述神經(jīng)形態(tài)芯片的通信狀態(tài)通過第一通信狀態(tài)信號表征，所述神經(jīng)形態(tài)芯片的通信狀態(tài)包括忙碌和空閑；所述神經(jīng)形態(tài)芯片的計(jì)算狀態(tài)通過第一計(jì)算狀態(tài)信號表征，所述神經(jīng)形態(tài)芯片的計(jì)算狀態(tài)包括正在計(jì)算和計(jì)算完成；所述神經(jīng)形態(tài)芯片，用于在第一通信狀態(tài)信號為空閑，且第一計(jì)算狀態(tài)信號為計(jì)算完成時，產(chǎn)生同步信號，以結(jié)束當(dāng)前工作時間段并切換至下一工作時間段。本發(fā)明不采用傳統(tǒng)的周期性的同步信號，而根據(jù)通信狀態(tài)和計(jì)算任務(wù)的完成情況產(chǎn)生同步信號，具有緊湊芯片工作時序、提高芯片工作速度，漸少芯片內(nèi)部邏輯空轉(zhuǎn)、降低芯片功耗的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及神經(jīng)形態(tài)芯片領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于內(nèi)部狀態(tài)標(biāo)志的神經(jīng)形態(tài)芯片、系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種模仿生物大腦突觸-神經(jīng)元結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的計(jì)算模型，由分為多層的計(jì)算節(jié)點(diǎn)和層間的連接組成，每個節(jié)點(diǎn)模擬一個神經(jīng)元，節(jié)點(diǎn)之間的連接模擬神經(jīng)突觸，連接對于來自上一層節(jié)點(diǎn)輸入的加權(quán)值代表了突觸權(quán)重。在傳統(tǒng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，神經(jīng)元將來自連接輸入的累加值用激活函數(shù)處理后作為自身的輸出。通過調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、激活函數(shù)等參數(shù)，傳統(tǒng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多種多樣的功能，在模式識別、復(fù)雜控制、信號處理和最優(yōu)化等方面都有應(yīng)用。

實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算的一種方法是通過軟件在通用計(jì)算機(jī)上模擬，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是十分靈活且不需要設(shè)計(jì)專用的硬件，但由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中包含大量的并行運(yùn)算節(jié)點(diǎn)和存儲單元(神經(jīng)元、突觸)，因此這種基于串行計(jì)算架構(gòu)通用計(jì)算機(jī)的方法的模擬時間很長而且功耗很高。

神經(jīng)形態(tài)芯片力圖通過硬件電路的方法模擬生物神經(jīng)元的工作模式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的神經(jīng)元仿真。具有速度快、功耗低、并行度高、與生物腦結(jié)構(gòu)符合度高的特點(diǎn)。

神經(jīng)形態(tài)芯片一般具有去中心化、高度平行的特點(diǎn)，包括分布式的計(jì)算單元和連接這些單元的路由網(wǎng)絡(luò)。芯片工作時一般分為不同的工作時間段，不同工作時間段內(nèi)各芯片具有不同的計(jì)算和通信任務(wù)。

當(dāng)芯片采用同步信號來使得不同的計(jì)算單元和路由網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入切換至新的工作時間段時，由于不同工作時間段時完成全部計(jì)算和路由所用時間不等，采用傳統(tǒng)的周期性的同步信號會產(chǎn)生時序上的浪費(fèi)，降低芯片工作速度，增加功耗；同時在真正運(yùn)行前也較難準(zhǔn)確的確定合適所有工作時間段的工作時長，會增加使用人員的設(shè)定及調(diào)試難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的基于內(nèi)部狀態(tài)標(biāo)志的神經(jīng)形態(tài)芯片、系統(tǒng)及方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種神經(jīng)形態(tài)芯片，所述神經(jīng)形態(tài)芯片的通信狀態(tài)通過第一通信狀態(tài)信號表征，所述神經(jīng)形態(tài)芯片的通信狀態(tài)包括忙碌和空閑；

所述神經(jīng)形態(tài)芯片的計(jì)算狀態(tài)通過第一計(jì)算狀態(tài)信號表征，所述神經(jīng)形態(tài)芯片的計(jì)算狀態(tài)包括正在計(jì)算和計(jì)算完成；

所述神經(jīng)形態(tài)芯片，用于在第一通信狀態(tài)信號為空閑，且第一計(jì)算狀態(tài)信號為計(jì)算完成時，產(chǎn)生同步信號，以結(jié)束當(dāng)前工作時間段并切換至下一工作時間段。

進(jìn)一步，所述神經(jīng)形態(tài)芯片包括多個計(jì)算單元，所述多個計(jì)算單元通過路由通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信連接；所述路由通信網(wǎng)絡(luò)包括多個通信基元；其中，多個不同的通信基元構(gòu)成分布式通信連接，每個計(jì)算單元通過至少一個通信基元與其他計(jì)算單元進(jìn)行通信連接。

進(jìn)一步，所述通信基元的通信狀態(tài)通過第二通信狀態(tài)信號表征，所述通信基元的通信狀態(tài)包括忙碌和空閑；

所述計(jì)算單元的計(jì)算狀態(tài)通過第二計(jì)算狀態(tài)信號表征，所述通信基元的計(jì)算狀態(tài)包括正在計(jì)算和計(jì)算完成；

若所述神經(jīng)形態(tài)芯片的所有通信基元的第二通信狀態(tài)信號均為空閑，則所述神經(jīng)形態(tài)芯片的第一通信狀態(tài)信號為空閑；若所述神經(jīng)形態(tài)芯片的所有計(jì)算單元的第二計(jì)算狀態(tài)信號均為計(jì)算完成，則所述神經(jīng)形態(tài)芯片的第一計(jì)算狀態(tài)信號為計(jì)算完成。