The invention relates to the field of computer and electronic information technology, in particular to a neural network chip of a binary memristor. The invention utilizes the switch ratio of the memristor, that is, there are two kinds of high and low resistance states, and combines the binary neural network to complete storage and operation on the memristor of different materials, and combines the memristor with the central processor to improve the calculation efficiency and speed of the neural network. In addition to the implementation of the neural network algorithm, the present invention can also use the binary neural network architecture to carry out field programming similar to the FPGA; that is, input the data stream processed by special coding, and carry out on-site learning according to the binary neural network method according to its corresponding output results, and stop learning when the correct rate reaches 100%, and the network can perform corresponding functions.
【技术实现步骤摘要】
一种二值忆阻器的神经网络芯片
本专利技术涉及计算机与电子信息
,具体涉及一种二值忆阻器的神经网络芯片。
技术介绍
目前神经网络运算基本上基于中央处理器(CPU)和图形处理器(GPU)。无论神经网络基于以上两者中哪一种硬件,其运算都是属于数字矩阵向量乘法,都需要计算硬件提供精确的突触权值表示,否则将对神经网络运算带来极其严重的偏差。中央处理器(CPU)在进行矩阵向量乘法时受限于串行处理和数据读取的带宽限制,运算效率低下;图形处理器(GPU)在进行矩阵向量乘法时虽然并行计算效率较高,但能耗较大。利用忆阻器这种模拟器件进行神经网络运算是解决这些问题的有效方法。第一,其模拟矩阵向量乘法可以将矩阵向量乘法的算法复杂度由O(n2)降O(1),极大地提高了计算效率;第二,相比于数字矩阵向量乘法,模拟矩阵向量乘法的运算功耗极低;第三,忆阻器的非易失性使神经网络突触权值可保持很长时间,具有硬件可移植性。目前已报道基于忆阻器运行的神经网络如单层感知机[1]、现场训练算法[2]等方法,都是基于传统数字电路可以精确运算的算法,需要将忆阻器的阻值精确映射到神经网络的权值,要求精确度很高,但目前由于对忆阻器调控机理仍没有一个普遍的认识,不同材料的制成忆阻器性能差异很大且普遍来说仍无法做到对阻值的精确调控,虽然一些报道提出了一些解决办法,如小电压逐步调控[3]、差分对[1][2]、写入后读取检查[3]等,但这些方法都不可避免面临算法适用面窄、调控复杂、耗费忆阻器单元更多、网络结构复杂等问题,离实际解决忆阻器真正大规模应用传统神经网络算法还有距离。二值化神经网络,是指在浮点型神经网 ...
【技术保护点】
1.一种二值忆阻器的神经网络芯片,用于承载二值化神经网络的忆阻器系统和中央处理器CPU的协作,以完成神经网络的运算,包含中央处理器CPU和忆阻器系统,其特征在于:中央处理器负责进行高精度线性运算,忆阻器系统基于交叉阵列结构的忆阻器芯片以实现矩阵运算,两者之间进行电连接以达成信息交换;所述忆阻器系统包含忆阻器核心、外围控制电路和自检纠错电路;忆阻器核心包含有至少一片忆阻器芯片,单个忆阻器芯片内包含呈交叉阵列结构的n个忆阻器单元,n≥2;外部控制电路包括外部命令请求、读写控制电路、读写激励电路、功能片选信号、读出电路和数据输出模块,负责按照外部命令请求来激励和读取忆阻器芯片内各忆阻器单元的阻值状态,进而完成存储和运算的功能,并将数据结果处理后返回给中央处理器;自检纠错电路负责进行忆阻器状态检查与调整,检测是否有忆阻器单元失效或数据存储错误等故障,告知使用者和排除故障;其工作流程如下:外部命令输入到外部命令请求后,会同时传输到读写控制电路和功能片选信号;读写控制电路根据外部命令选择读或写,并将读写命令传输给自检纠错电路和读写激励电路:自检纠错电路记录读写控制电路的命令;读写激励电路产生写入电 ...
【技术特征摘要】
1.一种二值忆阻器的神经网络芯片,用于承载二值化神经网络的忆阻器系统和中央处理器CPU的协作,以完成神经网络的运算,包含中央处理器CPU和忆阻器系统,其特征在于:中央处理器负责进行高精度线性运算,忆阻器系统基于交叉阵列结构的忆阻器芯片以实现矩阵运算,两者之间进行电连接以达成信息交换;所述忆阻器系统包含忆阻器核心、外围控制电路和自检纠错电路;忆阻器核心包含有至少一片忆阻器芯片,单个忆阻器芯片内包含呈交叉阵列结构的n个忆阻器单元,n≥2;外部控制电路包括外部命令请求、读写控制电路、读写激励电路、功能片选信号、读出电路和数据输出模块,负责按照外部命令请求来激励和读取忆阻器芯片内各忆阻器单元的阻值状态,进而完成存储和运算的功能,并将数据结果处理后返回给中央处理器;自检纠错电路负责进行忆阻器状态检查与调整,检测是否有忆阻器单元失效或数据存储错误等故障,告知使用者和排除故障;其工作流程如下:外部命令输入到外部命令请求后,会同时传输到读写控制电路和功能片选信号;读写控制电路根据外部命令选择读或写,并将读写命令传输给自检纠错电路和读写激励电路:自检纠错电路记录读写控制电路的命令;读写激励电路产生写入电压信号或读取电压信号传输给忆阻器核心;功能片选信号根据外部命令请求产生选择忆阻器芯片的命令并传输给忆阻器核心;忆阻器核心根据命令完成计算后,将计算结...
【专利技术属性】
技术研发人员:帅垚,乔石珺,彭赟,吴传贵,罗文博,王韬,张万里,梁翔,潘忻强,
申请(专利权)人:电子科技大学,
类型:发明
国别省市:四川,51
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