[發明專利]多模態突觸時間依賴可塑性算法的電路及實現方法

有效

• 申請號: 201911338785.2
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN110991635B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 王源;郇重陽;張興
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06N3/063
• 分類號: G06N3/063
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 張睿

本發明實施例提供一種多模態突觸時間依賴可塑性算法的電路及實現方法，包括時間窗口產生電路、開關切換電路、OTA突觸電路、時間窗口產生電路的對稱電路和開關切換電路的對稱電路；其中，時間窗口產生電路用于在第一控制信號和外加電壓的作用下輸出時間窗口采樣電壓；開關切換電路用于切換與時間窗口采樣電壓和外部參考電壓連接的OTA突觸電路的輸入端口；OTA突觸電路用于計算第一外部脈沖信號和第二外部脈沖信號到來時，在時間窗口采樣電壓和外部參考電壓的作用下突觸權值的變化量，并將變化量以電荷的形式存放在與OTA突觸電路的輸出端口相連的存儲電容上。本發明實施例實現多種突觸時間依賴可塑性算法，實現簡單，調節靈活。

技術領域

本發明屬于人工神經網絡技術領域，尤其涉及一種多模態突觸時間依賴可塑性算法的電路及實現方法。

背景技術

脈沖神經網絡作為一種仿生的人工神經網絡，采用更具有生物學意義的神經元，突觸及算法模型。通過模仿生物脈沖神經網絡的特征、結構和運行機制，以期獲得更高水平的人工智能。同時，脈沖神經網絡采用生物神經系統的存算一體架構，可以從根本上解決傳統的馮諾依曼架構因存算分離而導致的計算瓶頸問題。

神經形態工程學就是為了實現大規模的脈沖神經網絡提供合理有效的硬件基礎。它的一個重要領域就是通過采用VLSI(Very?Large?Scale?Integration，超大規模集成)電路，實現各種具有生物學特性的突觸、神經元及算法電路。生物脈沖神經網絡中廣泛存在的一類算法被稱為突觸時間依賴可塑性算法，它最基本的特征是根據突觸前后膜脈沖到來的時間差與先后順序，按照一定的規則調整突觸的權值，進而實現學習與記憶功能。

研究發現，在不同的神經系統區域，不同的條件，存在多種不同的突觸時間依賴可塑性算法機制。目前多數突觸算法的神經形態工程學往往只能實現一種或兩種算法。能實現多種算法的電路實現又多采用復雜的生物離子模型，硬件實現不友好，同時需要各種參數電壓精確調節才能表現出不同的算法，不適用于大規模脈沖神經網絡。

發明內容

為克服上述現有的突觸算法電路實現的算法種類少、硬件和算法實現復雜，且可重構性低的問題或者至少部分地解決上述問題，本發明實施例提供一種多模態突觸時間依賴可塑性算法的電路及實現方法。

根據本發明實施例的第一方面，提供一種多模態突觸時間依賴可塑性算法的電路，包括：

包括時間窗口產生電路、開關切換電路、OTA突觸電路、所述時間窗口產生電路的對稱電路和所述開關切換電路的對稱電路；

其中，所述時間窗口產生電路用于在第一控制信號和外加電壓的作用下輸出時間窗口采樣電壓；

所述開關切換電路用于切換與所述時間窗口采樣電壓和外部參考電壓連接的所述OTA突觸電路的輸入端口；

所述OTA突觸電路用于計算第一外部脈沖信號和第二外部脈沖信號到來時，在所述時間窗口采樣電壓和所述外部參考電壓的作用下突觸權值的變化量，并將所述變化量以電荷的形式存放在與所述OTA突觸電路的輸出端口相連的存儲電容上。

根據本發明實施例第二方面提供一種基于上述多模態突觸時間依賴可塑性算法的電路的多模態突觸時間依賴可塑性算法的實現方法，包括：

基于時間窗口產生電路在第一控制信號和外加電壓的作用下產生多種時間窗口采樣電壓；

基于開關切換電路用于切換與所述時間窗口采樣電壓和外部參考電壓連接的所述OTA突觸電路的輸入端口；

基于OTA突觸電路計算第一外部脈沖信號和第二外部脈沖信號到來時，在所述時間窗口采樣電壓和所述外部參考電壓的作用下突觸權值的變化量，并將所述變化量以電荷的形式存放在與所述OTA突觸電路的輸出端口相連的存儲電容上。