使用半导体存储元件的神经网络运算电路制造技术

技术编号:24019912 阅读:227 留言:0更新日期:2020-05-02 04:54
将存储器阵列(10)的多个字线在逻辑上划分为多个字线区;按每个字线区,具备将任意的字线设为选择或非选择的区内字线多路选择电路;区内字线多路选择电路按每个字线具备第一闩锁(31)及第二闩锁(32)。

Neural network operation circuit using semiconductor memory element

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用半导体存储元件的神经网络运算电路
本专利技术涉及使用半导体存储元件的神经网络运算电路,例如涉及用于这样的运算电路的字线选择电路等。
技术介绍
随着信息通信技术的进展,所有的事物与因特网相连的IoT(InternetofThings)技术受到关注。在IoT技术中,通过将各种电子设备连接到因特网,期待设备的高性能化,但作为实现更高性能化的技术,近年来活跃地开展电子设备自己进行学习和判断的人工智能(AI:ArtificialIntelligence)技术的研究开发。在人工智能技术中,使用对人的脑型信息处理进行工学上的模仿的神经网络技术,并且以高速、低功耗执行神经网络运算的半导体集成电路的研究开发正在火热地进行。神经网络电路由将多个输入以分别具有不同的耦合权重系数的被称作突触(synapse)的耦合来连接的被称作神经元(neuron)的基本元件构成,通过将多个神经元相互连接,能够进行图像识别及声音识别这样的高级的运算动作。在神经元中,进行对将各输入与各耦合权重系数相乘后的值全部进行相加的乘加运算动作。在非专利文献1中,公开了一种将神经网络的耦合权重系数保存到电阻变化型非易失性存储器元件中的神经网络的运算电路的结构。其是将神经网络的耦合权重系数保存到可设定模拟电阻值的电阻变化型非易失性存储器元件中的结构,向非易失性存储器元件施加相当于输入数据的模拟电压值,利用此时流过的模拟电流值。神经元中进行的乘加运算动作通过如下处理来进行:将耦合权重系数作为模拟电阻值保存到多个非易失性存储器元件中,向多个非易失性存储器元件施加相当于输入数据的多个模拟电压值,作为乘加运算结果而得到将流过的电流值合计的模拟电流值。由于能够同时执行多个神经元的乘加运算动作,所以能够进行低耗电、高速动作,但由于神经元的输入及输出被用模拟电压值或模拟电流值处理,所以在神经元间的信息传递时,需要使用模拟-数字变换电路(AD变换器电路)将模拟值变换为数字值,再使用数字-模拟变换电路(DA变换器电路)将数字值变换为模拟值,有大规模的神经网络电路向半导体集成电路的安装较困难、即大规模的半导体集成化较困难的问题。在非专利文献2中,公开了将神经网络的耦合权重系数保存到电阻变化型非易失性存储器元件中的神经网络的运算电路的另一结构。使用将保存着正侧的耦合权重系数的电阻变化型非易失性存储器元件以阵列状排列的存储器阵列(正侧存储器阵列)和将保存着负侧的耦合权重系数的非易失性存储器元件以阵列状排列的存储器阵列(负侧存储器阵列)的字线的选择状态作为神经网络的神经元的输入数据,将在相当于输入数据的字线的选择状态下向多个非易失性存储器元件施加电压而流过的电流值合计的模拟电流值通过与正侧存储器阵列、负侧存储器阵列各自的位线连接的判定电路分别变换为电压值,将比较了其结果的结果作为神经元的乘加运算结果的输出数据而得到数字值,由此进行乘加运算动作。输入数据及输出数据被以数字值处理,神经元间的信息传递也能够以数字值进行,不需要另外搭载模拟-数字变换电路(AD变换器电路)及数字-模拟变换电路(DA变换器电路),相对于将输入数据及输出数据进行模拟处理的非专利文献1的结构,半导体集成化比较容易。另一方面,在神经网络的运算动作中,需要将神经元的输出结果作为神经元的耦合目的地的神经元的输入数据的运算动作。为了实现这一点,采用另行准备正侧存储器阵列、负侧存储器阵列及进行模拟电流值向电压的变换和比较的电路结构整套的结构。此外,为了实现相当于输入数据的字线的选择状态,需要有选择任意的多个字线的字线选择电路,并按每个字线搭载1个触发器(flip-flop)。在专利文献1中,作为同时选择多个字线的结构而公开了按存储器阵列的每个字线设置闩锁的结构。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开平11-203894号公报非专利文献非专利文献1:M.Prezioso,etal.,“Trainingandoperationofanintegratedneuromorphicnetworkbasedonmetal-oxidememristors,”Nature,no.521,pp.61-64,2015非专利文献2:F.Su,etal.,“A462GOPs/JRRAM-BasedNonvolatileIntelligentProcessorforEnergyHarvestingIoESystemFeaturingNonvolatileLogicsandProcessing-In-Memory,”SymposiumonVLSICircuitsDigestofTechnicalPapers,C260-C261,2017
技术实现思路
专利技术要解决的课题但是,在非专利文献2所公开的神经网络运算电路的字线选择电路中,能够一次实现1个选择状态,为了进行将在神经网络的运算动作中需要的神经元的输出结果作为输入数据的神经元的运算动作,需要准备多个如下的整套周边电路:存储器阵列及进行模拟电流值向电压值的变换和比较的电路及字线选择电路,所以有在实现大规模的神经网络的运算电路的情况下周边电路增大而导致面积的增大的问题。此外,在使用专利文献1所公开的按每个字线设置闩锁、同时选择多个字线的结构的情况下也有同样的问题。本专利技术是鉴于上述问题而做出的,目的是提供一种能够不导致面积的增大而实现大规模的神经网络运算动作的使用半导体存储元件的神经网络运算电路。用来解决课题的手段为了解决上述问题,有关本专利技术的一技术方案的使用半导体存储元件的神经网络运算电路的特征在于,具备:存储器阵列,具有以矩阵状配置的多个存储器单元,多个存储器单元分别连接于多条字线中的1条和多条位线中的1条;字线多路选择电路,将多条字线中的任意的字线设为选择或非选择;n个(n为1以上的整数)判定电路,进行神经网络的神经元的运算动作;列选择电路,将多条位线中的1条以上的位线连接于n个判定电路各自;以及控制电路,控制字线多路选择电路;多条字线以n条为1个单位在逻辑上被划分为多个字线区;字线多路选择电路包括按多个字线区的每个字线区将字线区内的字线设为选择或非选择的多个区内字线多路选择电路;区内字线多路选择电路按每条字线包括第1闩锁及第2闩锁,根据由控制电路控制的区选择信号、区内字线控制信号、第1闩锁的控制信号、第2闩锁的控制信号及字线选择信号,决定第1闩锁及第2闩锁的置位状态,并基于第1闩锁的置位状态,将对应的字线设为选择或非选择状态;判定电路在由字线多路选择电路选择的字线多路选择状态下,进行基于由列选择电路连接的位线的电压状态或位线中流过的电流状态,将第1逻辑值或第2逻辑值作为神经元的运算动作的输出数据来输出的判定动作。此外,在有关本专利技术的一技术方案的使用半导体存储元件的神经网络运算电路中,控制电路可以将判定动作在相同的字线多路选择状态下执行多次;一边切换区选择信号,一边依次执行基于由1次判定动作得到的n个结果来决定根据区选择信号选择的区内本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种使用半导体存储元件的神经网络运算电路,其特征在于,具备:/n存储器阵列,具有以矩阵状配置的多个存储器单元,上述多个存储器单元分别连接于多条字线中的1条和多条位线中的1条;/n字线多路选择电路,将上述多条字线中的任意的字线设为选择或非选择;/nn个判定电路,进行神经网络的神经元的运算动作,n为1以上的整数;/n列选择电路,将上述多条位线中的1条以上的位线连接于n个上述判定电路各自;以及/n控制电路,控制上述字线多路选择电路;/n上述多条字线以n条为1个单位在逻辑上被划分为多个字线区;/n上述字线多路选择电路包括按上述多个字线区的每个字线区将上述字线区内的字线设为选择或非选择的多个区内字线多路选择电路;/n上述区内字线多路选择电路按每个字线包括第1闩锁及第2闩锁,根据由上述控制电路控制的区选择信号、区内字线控制信号、第1闩锁的控制信号、第2闩锁的控制信号及字线选择信号,决定上述第1闩锁及上述第2闩锁的置位状态,并基于第1闩锁的置位状态,将对应的字线设为选择或非选择状态;/n上述判定电路在由上述字线多路选择电路选择的字线多路选择状态下,进行基于由上述列选择电路连接的位线的电压状态或位线中流过的电流状态,将第1逻辑值或第2逻辑值作为神经元的运算动作的输出数据来输出的判定动作。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170907 JP 2017-1720941.一种使用半导体存储元件的神经网络运算电路,其特征在于,具备:
存储器阵列,具有以矩阵状配置的多个存储器单元,上述多个存储器单元分别连接于多条字线中的1条和多条位线中的1条;
字线多路选择电路,将上述多条字线中的任意的字线设为选择或非选择;
n个判定电路,进行神经网络的神经元的运算动作,n为1以上的整数;
列选择电路,将上述多条位线中的1条以上的位线连接于n个上述判定电路各自;以及
控制电路,控制上述字线多路选择电路;
上述多条字线以n条为1个单位在逻辑上被划分为多个字线区;
上述字线多路选择电路包括按上述多个字线区的每个字线区将上述字线区内的字线设为选择或非选择的多个区内字线多路选择电路;
上述区内字线多路选择电路按每个字线包括第1闩锁及第2闩锁,根据由上述控制电路控制的区选择信号、区内字线控制信号、第1闩锁的控制信号、第2闩锁的控制信号及字线选择信号,决定上述第1闩锁及上述第2闩锁的置位状态,并基于第1闩锁的置位状态,将对应的字线设为选择或非选择状态;
上述判定电路在由上述字线多路选择电路选择的字线多路选择状态下,进行基于由上述列选择电路连接的位线的电压状态或位线中流过的电流状态,将第1逻辑值或第2逻辑值作为神经元的运算动作的输出数据来输出的判定动作。


2.如权利要求1所述的神经网络运算电路,其特征在于,
上述控制电路在相同的上述字线多路选择状态下将上述判定动作执行多次;
一边切换上述区选择信号,一边依次执行基于通过1次判定动作得到的n个结果来决定由上述区选择信号选择的上述区内字线多路选择电路内的n个第2闩锁的置位状态的动作;
在多次的上述判定动作完成后,将上述第2闩锁的置位状态向上述第1闩锁传送并置位。


3.如权利要求1所述的神经网络运算电路,其特征在于,
上述字线多路选择状态对应于神经网络的神经元的输入数据。


4.如权利要求1所述的神经网络运算电路,其特征在于,
上述存储器单元保存有神经网络的耦合权重系数。


5.如权利要求1所述的神经网络运算电路,其特征在于,
上述存储器单元是由电阻变化元件形成的电阻变化型非易失性存储器元件,将神经网络的耦合权重系数作为电阻值来保存。


6.一种使用半导体存储元件的神经网络运算电路,其特征在于,具备:
存储器阵列,具有以矩阵状配置的多个存储器单元,上述多个存储器单元分别连接于多条字线中的1条和多条位线中的1条;
字线多路选择电路,将上述多条字线中的任意的字线设为选择或非选择;
n个判定电路,进行神经网络的神经元的运算动作,n为1以上的整数;
1个以上的读出电路,判定存储器单元的逻辑状态;
列选择电路,将上述多条位线中的1...

【专利技术属性】
技术研发人员:中山雅义河野和幸早田百合子小野贵史持田礼司
申请(专利权)人:松下电器产业株式会社
类型:发明
国别省市:日本;JP

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1