[發明專利]一種具有泄漏-積分-發射功能的人工神經元

在審

• 申請號: 202210478148.0
• 申請日: 2022-05-05
• 公開（公告）號: CN114792130A
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 萬青;毛惠五
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06N3/063
• 分類號: G06N3/063;G06N3/04
• 代理公司: 蘇州科洲知識產權代理事務所(普通合伙) 32435
• 代理人: 周亮

本發明介紹了一種具有泄漏?積分?發射功能的人工神經元，其包括膜電位積累單元、泄放單元和脈沖產生單元；所述膜電位積累單元與泄放單元相連，所述脈沖產生單元同時與膜電位積累單元、泄放單元相連，所述膜電位積累單元為晶體管；其源端分別與脈沖產生單元的輸入端和泄放單元的定值電阻相連，柵極與泄放單元的定值電阻相連，漏端與一個恒定的電壓或脈沖端相連；所述脈沖產生單元為易失性閾值轉變憶阻器；所述泄放單元由一個定值電阻一端分別連接晶體管的柵極和源極組成；本申請設計的人工神經元實現了模擬脈沖的產生；實現電子元件與CMOS工藝兼容，能夠在低電源電壓下工作的同時，極大的降低了電路的制備成本，簡化集成難度，降低占用面積。

技術領域

本發明屬于人工智能設計領域，具體涉及一種具有泄漏-積分-發射功能的人工神經元。

背景技術

作為生物神經中樞系統的大腦，能夠高效節能的執行生物體行為控制與思考功能，大腦由數以億計的神經元細胞組成，每個細胞又由多個突觸與一個神經元組成的基本單元構成，當它們被集成到由相互作用的神經元組成的大腦結構中時，其可以在非常低功耗的情況下，實時地、高精度地解決復雜的任務和表現復雜的行為。人的大腦中有10¹¹個神經元及10¹⁵個突觸且消耗能量極低，但想要模擬大腦中大量神經元和突觸并行處理信息的狀態，設計的電路就需要具有超低功耗的性能及較小的占用面積。

中國專利CN207319273U公開了一種集成人工神經元器件和集成電路，其中一種集成人工神經元器件包括不應電路，所述不應電路被配置在傳遞輸出信號之后，在抑制持續時間內抑制信號積分。不應電路包括第一MOS晶體管，第一MOS晶體管耦合在輸入節點和參考節點之間，并且具有通過第二MOS晶體管連接到輸出節點的柵極，第二MOS晶體管具有耦合到電源節點的第一電極以及耦合到輸出節點的柵極。不應電路還包括耦合在電源節點、參考節點和第二MOS晶體管的柵極之間的電阻電容電路。抑制持續時間取決于電阻電容電路的時間常數。但是其采用的是MOS晶體管，這就導致了其體積較大，進而造成了能源浪費。

中國專利CN207302125U公開了一種集成式人工神經元裝置和集成式電路，所述集成式人工神經元裝置包括輸入信號節點、輸出信號節點和參考電源節點。積分器電路接收輸入信號并且對輸入信號進行積分從而產生積分信號；發生器電路接收積分信號，并且當積分信號超過閾值時，傳送輸出信號。積分器電路包括耦合在輸入信號節點與參考電源節點之間的主電容器。積分器電路包括耦合在輸入信號節點與輸出信號節點之間的主MOS晶體管；主MOS晶體管具有耦合到輸出信號節點的柵極和與柵極相互耦合的襯底。然而目前神經網絡以硬件途徑模擬人腦運行方式主要是通過由CMOS兼容的復雜的電路設計來實現神經元功能，但增加了制備成本及集成設計復雜度，還有一種是以易失性憶阻器與電容器并聯構筑LIF模型，該模型既能實現神經元基本功能，電路實現也較為簡單，能極大降低電路功耗，但由于電容器難以與傳統CMOS工藝集成，并且占用面積大，對超緊湊電路的設計與制備帶來巨大挑戰。

發明內容

為解決上述問題，以求實現電子元件與CMOS工藝的兼容，進而克服電子系統復雜度過高、器件規模過大、占用面積大以及能源消耗較大等技術問題。

為達到上述效果，本發明設計一種具有泄漏-積分-發射功能的人工神經元。

一種具有泄漏-積分-發射功能的人工神經元，其包括膜電位積累單元、泄放單元和脈沖產生單元；

所述膜電位積累單元與泄放單元相連；

所述脈沖產生單元同時與膜電位積累單元、泄放單元相連。

優選地，所述膜電位積累單元為具有雙電層效應，且能進行塑性調節的晶體管；

所述晶體管的源端作為輸出端與脈沖產生單元的輸入端相連；

所述晶體管的柵極與泄放單元的定值電阻相連；

所述晶體管的漏端與一個恒定的電壓或者恒定的脈沖端VDD相連。