[發明專利]一種應用于憶阻器突觸陣列的脈沖神經元電路

在審

• 申請號: 201910449764.1
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110163365A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 北京科易達知識產權服務有限公司
• 主分類號: G06N3/063
• 分類號: G06N3/063;G06N3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及到基于憶阻器的神經形態計算領域，尤其涉及到基于STDP(Spiking timing dependent plasticity)規則的脈沖神經網絡中的神經元電路。綜合脈沖神經網絡架構中生物神經元的工作機制和憶阻器神經突觸驅動需求，設計一種可用于驅動憶阻器神經突觸完成類腦(神經形態)計算的LIF型神經元電路，以實現神經元的功能。本發明不僅實現了積分點火功能，同時具備靜息期、側向抑制、雙向傳輸等生物神經元的網絡特性；無需外部數字控制信號即可實現神經元之間的網絡構建；基于成熟的CMOS電路技術，具有較高的可靠性；采用大功率放大器單元，具有較強的驅動能力。能夠滿足憶阻器權值在線調整、構建無監督脈沖網絡架構及大規模憶阻器類腦計算系統等的需要。

技術領域

本發明涉及到基于憶阻器的神經形態計算領域，尤其涉及到基于STDP(Spikingtiming dependent plasticity)規則的脈沖神經網絡中的神經元電路。

背景技術

神經元電路是憶阻器類腦計算系統的核心組成部分。在脈沖神經網絡架構下，前神經元負責將輸入的激勵信號轉換為可激勵憶阻器神經突觸工作的Spike脈沖信號；憶阻器神經突觸則根據Spike脈沖信號的變化，以憶阻值的變化模擬神經突觸權值的計算，完成一體化的計算與存儲；CMOS突觸后神經元完成計算結果輸出。神經元電路的設計與實現是近年來憶阻器類腦計算領域的研究前沿與熱點之一。

當前憶阻器類腦計算中所使用的神經元電路主要包括Hodgkin-Huxley(H-H)傳導神經元模型和Leaky Integrate-and-Fire(LIF型)積分點火型模型兩種。為實現對大規模類腦計算的硬件模擬，研究者們通常采用傳統硅基數模混合/數字集成電路簡單模擬真實神經元的電生理行為和電導特性。然而現有CMOS神經元電路的相關研究大多只關注了神經元電路低功耗和高集成密度設計原則，以及前后神經元電路是否可以通過積分點火驅動憶阻器神經突觸實現長/短時程等突觸可塑性，無法在實現靜息期、側向抑制等功能的同時實現脈沖的雙向傳輸，從而無法構建無監督脈沖網絡架構，而這些特性正是構建大規模憶阻器類腦計算系統所必需的。因此，設計一種應用于憶阻器突觸陣列的脈沖神經元電路具有十分重要的意義。

發明內容

針對現有神經元電路存在的不足，本發明的目的在于綜合脈沖神經網絡架構中生物神經元的工作機制和憶阻器神經突觸驅動需求，設計一種可用于驅動憶阻器神經突觸完成類腦計算的LIF型神經元電路，解決了同時具備靜息期、側向抑制、雙向傳輸等技術問題，能夠滿足憶阻器權值在線調整的需要，為構建無監督脈沖網絡架構及大規模憶阻器類腦計算系統提供神經元支撐。

為實現上述目的，本發明綜合脈沖神經網絡架構中生物神經元的工作機制和憶阻器神經突觸驅動需求，設計一種可用于驅動憶阻器神經突觸完成類腦(神經形態)計算的LIF型神經元電路，以實現神經元的網絡特性功能。

根據本發明的一個方面，提供一種應用于憶阻器突觸陣列的脈沖神經元電路，其特征在于包括spike脈沖產生單元、積分點火單元、交互端口，其中：所述spike脈沖產生單元產生本神經元的spike脈沖信號，并與輸入輸出端口相連；所述積分點火單元接收外來神經元的脈沖，輸出本神經元脈沖產生的控制信號并控制所述神經元電路；所述交互端口將其他神經元的脈沖信號輸入到所述積分點火單元，將所述spike脈沖產生單元的脈沖輸出到其他部分，并根據所述積分點火單元的控制信號調整自身的狀態。