[發(fā)明專利]使用交叉陣列的電子裝置以及數(shù)據(jù)處理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010280604.1
• 申請(qǐng)日: 2020-04-10
• 公開（公告）號(hào): CN112836810B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 矢野勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華邦電子股份有限公司
• 主分類號(hào): G06N3/063
• 分類號(hào): G06N3/063;G11C13/00
• 代理公司: 北京同立鈞成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11205
• 代理人: 朱穎;劉芳

本發(fā)明提供一種可實(shí)現(xiàn)高速化、且可進(jìn)行可靠性高的處理的使用交叉陣列的電子裝置及數(shù)據(jù)處理方法。本發(fā)明的運(yùn)算處理裝置(100)包括：交叉陣列(110)、與行線電性連接的行選擇/驅(qū)動(dòng)電路(120)、與列線電性連接的列選擇/驅(qū)動(dòng)電路(130)、以及控制各部的控制部(140)。控制部(140)可實(shí)現(xiàn)從行選擇/驅(qū)動(dòng)電路(120)施加已由行選擇/驅(qū)動(dòng)電路(120)接收的輸出信號(hào)、或從列選擇/驅(qū)動(dòng)電路(130)施加已由列選擇/驅(qū)動(dòng)電路(130)接收的輸出信號(hào)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種使用交叉陣列(crossbar?array)的電子裝置及數(shù)據(jù)處理方法，尤其涉及一種在交叉陣列的交叉點(diǎn)包含電阻變化型的非易失性的存儲(chǔ)元件的交叉陣列。

背景技術(shù)

目前，正在研究將人工智能(Artificial?Intelligence，AI)用于各種領(lǐng)域，并推進(jìn)其實(shí)用化。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的制造業(yè)者想要實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(neural?network)作為在結(jié)構(gòu)上模擬突觸(synapse)及神經(jīng)元(neuron)的AI硬件。作為實(shí)現(xiàn)此種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)器件，正在研究交叉陣列。

圖1表示交叉陣列或交叉存儲(chǔ)器的一例。如此圖所示，交叉陣列包含在行方向上延伸的多個(gè)行線10、以與其正交的方式在列方向上延伸的多個(gè)列線20、及連接在各行線10與列線20的交叉部的憶阻器(memristor)30來(lái)構(gòu)成。憶阻器30例如為通過(guò)施加電壓或電流來(lái)對(duì)不同的電阻狀態(tài)進(jìn)行編程的非易失性的電阻變化型存儲(chǔ)元件。通過(guò)對(duì)電阻變化型存儲(chǔ)元件編程所期望的電阻值，被施加至各行線10的輸入電壓由電阻變化型存儲(chǔ)元件的電導(dǎo)(電阻值)進(jìn)行加權(quán)，并作為在列線20中流動(dòng)的合算電流而被輸出。此種交叉陣列適合于高速且效率良好的矢量行列運(yùn)算處理，例如用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)壓縮、加密、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理等矢量運(yùn)算處理。

例如，專利文獻(xiàn)1公開有一種用于使用交叉陣列的矢量處理的點(diǎn)積引擎(dotproduct?engine)。如圖2所示，點(diǎn)積引擎包含N行×M列的交叉陣列40，矢量輸入部50與各行電極52連接，矢量輸出部60與各列電極62連接，在各行電極52與各列電極62的交叉部連接憶阻器70。矢量輸入部50使用地址解碼器來(lái)選擇行電極52，并驅(qū)動(dòng)與所選擇的行電極52對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器。矢量輸出部60包括用于將列電極62的電流轉(zhuǎn)換成電壓的感測(cè)電路64。對(duì)N×M的交叉陣列的各行電極52施加一組電壓，收集在列電極62中流動(dòng)的電流，并測(cè)定輸出電壓，由此執(zhí)行矢量行列乘法。在各列電極62中，所有輸入電壓由對(duì)應(yīng)的憶阻器的電導(dǎo)進(jìn)行加權(quán)，它們的經(jīng)加權(quán)的總計(jì)反映在輸出電壓中。

[現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)1]日本專利特開2018-501536號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

[發(fā)明所要解決的問(wèn)題]

例如，如圖3所示，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)編碼器例如具有如下結(jié)構(gòu)，即輸入想要識(shí)別的物體的特征，并根據(jù)所述特征而以高概率輸出其為何物。自動(dòng)編碼器在輸入與輸出之間包含多個(gè)編碼器的層與多個(gè)解碼器的層，編碼器及解碼器的加權(quán)或符號(hào)根據(jù)學(xué)習(xí)結(jié)果等來(lái)調(diào)整。例如，當(dāng)利用交叉陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編碼器或其一部分時(shí)，交叉陣列在輸入與輸出之間，進(jìn)行編碼器及解碼器的各層的處理。即，必須將在第i層中進(jìn)行了處理的輸出信號(hào)輸入接下來(lái)的第i+1層中，將在第i+1層中進(jìn)行了處理的輸出信號(hào)輸入接下來(lái)的第i+2層中，并依次重復(fù)此種處理。

但是，如圖2所示，交叉陣列是在陣列的行方向的一側(cè)的端部包括輸入部，在列方向的一側(cè)的端部包括輸出部的結(jié)構(gòu)，為了將由列方向的輸出部接收的輸出信號(hào)施加至下一層的輸入部，必須搬送從列方向的輸出部至行方向的輸入部為止的信號(hào)。交叉陣列的輸出信號(hào)反映利用憶阻器的電阻的加權(quán)，因此極其理想的是避免由信號(hào)搬送所引起的信號(hào)的劣化(例如，電壓下降或噪聲等)。另外，由從列方向的輸出部至行方向的輸入部為止的信號(hào)搬送所引起的延遲也對(duì)交叉陣列的處理時(shí)間造成影響。

本發(fā)明解決此種現(xiàn)有的課題，其目的在于提供一種可實(shí)現(xiàn)高速化、且可進(jìn)行可靠性高的處理的使用交叉陣列的電子裝置以及數(shù)據(jù)處理方法。