[發明專利]基于憶阻器的自供能設備及其脈沖神經網絡優化方法

在審

• 申請號: 202110110192.1
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112949819A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 邱柯妮;李孟文;徐遠超;康旺
• 申請（專利權）人: 首都師范大學
• 主分類號: G06N3/04
• 分類號: G06N3/04;G06N3/063;G06N3/08
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 靳雪華

1.一種基于憶阻器的自供能設備，包括：

能量采集器，用于收集設備周圍的環境能量；

能量轉換器，用于將能量采集器采集的環境能量轉化為設備所需的電能，確定能量強度信息；

供能控制器，用于為憶阻器交叉陣列供電，選通需要激活的憶阻器交叉陣列；

憶阻器交叉陣列集，包括多個憶阻器交叉陣列，用于模擬脈沖神經網絡的突觸連接；

脈沖神經網絡模型，用于基于脈沖神經網絡對設備數據進行智能處理；

能量等級判斷器，包括根據能量強度信息判定下個供能周期中預測能量等級的能量等級預測模型，以及根據能量強度信息從多個能量等級中判定當前供能周期中當前能量等級的能量等級判定單元；

神經網絡控制器，包括用于在脈沖神經網絡與多塊憶阻器交叉陣列之間建立互相匹配的映射關系的網絡分塊映射單元、用于根據脈沖神經網絡的運行規模進行能量等級劃分的能量等級劃分單元、用于根據預測能量等級與當前能量等級的能量等級差異合理調整脈沖神經網絡的運行規模的網絡規模調整單元；

其中，所述神經網絡控制器根據能量等級劃分結果將脈沖神經網絡的運行模式調整為“閑置-部分激活-全激活”模式，在脈沖神經網絡運行時，隨著能量強度信息的變化而動態調整脈沖神經網絡的運行規模，控制供能控制器選通需要激活的對應的憶阻器交叉陣列，挽救兩個供能周期邊界處的未完成任務的進度，實現能量等級平滑過渡。

2.如權利要求1所述的基于憶阻器的自供能設備，其特征在于，

所述網絡分塊映射單元在脈沖神經網絡與多塊憶阻器交叉陣列之間建立互相匹配的映射關系，是將脈沖神經網絡的突觸連接部分按照憶阻器交叉陣列的大小進行等量劃分，一個憶阻器交叉陣列映射一個等量部分的突觸連接。

3.如權利要求1所述的基于憶阻器的自供能設備，其特征在于，

所述能量等級劃分單元進行能量等級的劃分方式具體為：

先對脈沖神經網絡每層突觸連接對應的憶阻器交叉陣列集按列數進行約數劃分，使得每層突觸連接的運行被等量的劃分；再對脈沖神經網絡每層劃分結果整合形成適應不同層突觸連接的多個能量等級；其中，如果存在某一層突觸連接的行列規模都是最大的，那么以此層突觸連接對應的交叉陣列集的能量等級劃分結果與全激活閾值相結合作為最終的能量等級劃分標準；

所述的“閑置-部分激活-全激活”運行模式具體包括如下狀態：

閑置狀態：當采集的環境能量功率低于啟動閾值時，脈沖神經網絡處于閑置狀態，不激活任何憶阻器交叉陣列；

部分激活狀態：當采集的環境能量功率大于或等于啟動閾值且小于全激活閾值時，根據劃分出的能量等級，激活與環境能量功率匹配的能量等級所對應部分的憶阻器交叉陣列；

全激活狀態：當采集的環境能量功率大于或等于全激活閾值時，激活全部用于模擬脈沖神經網絡的憶阻器交叉陣列。

4.如權利要求1所述的基于憶阻器的自供能設備，其特征在于，

所述網絡規模調整單元根據預測能量等級與當前能量等級的能量等級差異合理調整脈沖神經網絡的運行規模的方式為：

在當前能量等級與預測能量等級相比為能量等級不變時，與該能量等級對應的憶阻器交叉陣列集的激活規模不變，對邊界任務無需進行調整；

在當前能量等級與預測能量等級相比的差異為能量等級從高到低變化時：

若當前周期的能量等級對應的憶阻器交叉陣列集的激活規模是下個周期激活規模的整數倍，那么邊界任務在周期終點處的突觸連接的后續運行無需調整，直接按照預測能量等級繼續運行；

若當前周期的憶阻器交叉陣列集的激活規模不是下個周期激活規模的整數倍，將下個供能周期的第一個脈沖序列時間窗口內的憶阻器交叉陣列集的激活規模調整為未完成進度除以下個周期的激活規模的余數；

在當前能量等級與預測能量等級相比的差異為能量等級從低到高變化時，將下個供能周期的第一個脈沖序列時間窗口內的憶阻器交叉陣列集的激活規模調整為未完成進度除以下個周期的激活規模的余數。