[發(fā)明專利]數(shù)字感知器裝置及操作數(shù)字感知器裝置的方法

在審

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• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN114078519A
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設計）人: 王立中
• 申請（專利權(quán)）人: 芯立嘉集成電路（杭州）有限公司
• 主分類號: G11C15/04
• 分類號: G11C15/04;G11C11/419;G11C7/10
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 單曉雙;董驍毅

本發(fā)明揭示了一種數(shù)字感知器裝置及操作數(shù)字感知器裝置的方法。本發(fā)明的工作數(shù)字感知器根據(jù)儲存于一內(nèi)容存儲器陣列的數(shù)字內(nèi)容數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫來處理輸入數(shù)字信息，并輸出儲存于一回應存儲器陣列的對應數(shù)字數(shù)據(jù)。再者，該工作數(shù)字感知器內(nèi)的該內(nèi)容存儲器陣列及該回應存儲器陣列由閂鎖器型的存儲器單元所組成，以管理快速及頻繁改變的數(shù)字處理環(huán)境，類似人類大腦中工作存儲區(qū)的信息處理功能。

技術領域

本發(fā)明是有關于一種無須計算的數(shù)字內(nèi)存儲(in-memory)處理器。亦即，根據(jù)儲存于一易失性(volatile)內(nèi)容存儲器的數(shù)字內(nèi)容數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)字內(nèi)存儲處理器處理輸入數(shù)字信息，并輸出儲存于一易失性回應存儲器的對應數(shù)字回應數(shù)據(jù)。特別地，為因應新的數(shù)字處理環(huán)境，可快速更新該數(shù)字內(nèi)存儲處理器內(nèi)的內(nèi)容存儲器及回應存儲器。

背景技術

如圖1所示的現(xiàn)代化范紐曼型計算架構(gòu)(Von Neumann computing architecture)中，中央處理單元(CPU)10根據(jù)來自主存儲器11的指令及數(shù)據(jù)，執(zhí)行邏輯運算。CPU 10包含一主存儲器11、一算術與邏輯單元(arithmetic and logic unit)12、一輸出/輸入裝置13及一程序控制單元14。在計算行程(computation process)之前，由該程序控制單元14設定CPU 10指向儲存在主存儲器11中起始(initial)指令的起始地址碼。之后，根據(jù)由程序控制單元14中與時脈同步(clock-synchronized)的地址指標(address pointer)所存取的主存儲器11的循序指令，以算術與邏輯單元12處理所述數(shù)字數(shù)據(jù)。一般而言，CPU 10的數(shù)字邏輯運算行程是同步執(zhí)行的且由一組預先寫好并儲存于存儲器的循序指令所驅(qū)動。

數(shù)字計算所消耗的功率可利用數(shù)學式表示為P～f×C×V_DD²，其中f表示時脈頻率、C表示主動(active)電路總電容值(capacitance)以及V_DD表示數(shù)字電路的正供電電壓。因此，跑一個運算程序所需的能量正比于完成該組指令的時脈步驟(clock steps)的數(shù)目。各指令步驟包含從主存儲器11擷取(fetch)指令與數(shù)據(jù)、于該算術與邏輯單元12中執(zhí)行微操作(micro-operation)、以及將結(jié)果數(shù)據(jù)回存主存儲器11或輸出至該輸出輸入裝置13。完成一組指令所需的總計算能量正比于存儲器存取的頻率以及充電/放電匯流排線(buslines)與主動電路(暫存器(register)、邏輯柵(logic gate)及多工器(multiplexer))的總電容。要完成該運算處理步驟的存儲器存取頻率越高，數(shù)字處理器就必需消耗越多能量及時間。

在生物的神經(jīng)系統(tǒng)(biologic nerve system)中，由連接至該神經(jīng)系統(tǒng)的多個感知器官場(field)接收如光、聲音、觸摸、味覺、嗅覺等等的外在刺激(stimuli)。神經(jīng)信號以電氣脈波(electrical pulse)的型式和感受體(receptor)場內(nèi)產(chǎn)生的神經(jīng)傳導素(neuraltransmitter)(分子(molecules))的型式傳送，以觸發(fā)該神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)網(wǎng)路的下一個連接層的活化(activation)。通過該神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)路硬體的多重階層，由該連接層產(chǎn)生的神經(jīng)信號場持續(xù)向前處理。根據(jù)其神經(jīng)形態(tài)(neuromorphic)架構(gòu)及來自前一層的神經(jīng)信號的接收場(receptive field)，各神經(jīng)網(wǎng)路層平行處理并擷取信息。不同于目前的范紐曼型計算架構(gòu)是藉由事先寫好的指令重復數(shù)字數(shù)據(jù)的多個邏輯計算，信息處理的神經(jīng)信號利用其神經(jīng)形態(tài)架構(gòu)，在層與層間以單步驟前饋(feed-forward)方式傳播。因此，就信息處理效率及能量消耗而言，生物神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)路階層的平行處理與擷取數(shù)據(jù)方式是優(yōu)于目前計算系統(tǒng)中利用多個循序的邏輯計算的處理與擷取數(shù)據(jù)方式。