用于存储器内计算的双极全忆阻器电路制造技术

一种用于执行能量高效且高吞吐量乘法

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于存储器内计算的双极全忆阻器电路
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请涉及并要求2019年5月7日提交的美国临时申请No.62/844,611、2019年6月13日提交的美国临时申请No.62/860,915和202年3月3日提交的美国非临时申请No.16/808,227的优先权，这些申请以引用的方式并入本文中。本申请还涉及于2020年3月3日提交的美国非临时申请No.16/808,222和PCT申请(参考号No.632140
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4)，这两项申请同时提交。
[0003]关于联邦资金的声明
[0004]本专利技术是根据美国政府合同FA8650
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C
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7869作出的。美国政府在本专利技术中具有某些权利。


[0005]本公开涉及神经网络。

技术介绍

[0006]深度卷积神经网络(CNN)是当前机器学习和视觉数据处理的主流架构。在典型的神经网络中，大量的乘法
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累加(MAC)算术运算用于计算输入图像块的卷积本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于执行能量高效且高吞吐量乘法
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累加(MAC)算术点积运算和卷积计算的电路，包括：二维交叉阵列，其包括多个行输入和具有多个列电路的至少一列，其中，每个列电路耦接到相应的行输入；其中，每个相应列电路包括：兴奋性忆阻器神经元电路，其具有耦接到相应行输入的输入；第一突触电路，其耦接到所述兴奋性忆阻器神经元电路的输出，所述第一突触电路具有第一输出；抑制性忆阻器神经元电路，其具有耦接到相应行输入的输入；以及第二突触电路，其耦接到所述抑制性忆阻器神经元电路的输出，所述第二突触电路具有第二输出；以及输出忆阻器神经元电路，其耦接到每个列电路的第一输出和第二输出，所述输出忆阻器神经元电路具有输出。2.根据权利要求1所述的电路，其中，每个第一突触电路和每个第二突触电路包括无源忆阻器突触电路。3.根据权利要求1所述的电路，其中，每个相应的兴奋性忆阻器神经元电路和耦接到所述相应的兴奋性忆阻器神经元电路的相应的第一突触电路具有正卷积权重或零卷积权重；并且其中，每个相应的抑制性忆阻器神经元电路和耦接到所述相应的抑制性忆阻器神经元电路的相应的第二突触电路具有负卷积权重。4.根据权利要求1所述的电路，其中，每个相应的兴奋性忆阻器神经元电路包括：第一负差分电阻(NDR)器件，其利用第一电压源发生偏置；第二负差分电阻(NDR)器件，其利用第二电压源发生偏置，其中，所述第一电压源和所述第二电压源极性相反；第一电容器，其耦接到地电位且耦接到所述第一NDR器件的第一节点；第一负载电阻器，其耦接在所述兴奋性有源忆阻器神经元电路或自兴奋性有源忆阻器输出神经元电路的输入节点与所述第一电容器之间；第二电容器，其耦接到地电位；以及第二负载电阻器，其耦接于所述第一电容器与所述第二电容器之间，且耦接至所述第二NDR器件的第一节点；其中，所述第二NDR器件的第一节点形成所述兴奋性有源忆阻器神经元电路或所述自兴奋性有源忆阻器输出神经元电路的输出节点；其中，所述第一电压源是负电压源；并且其中，所述第二电压源是正电压源。5.根据权利要求4所述的电路，所述电路还包括：第三负载电阻器，其耦接于所述第一电容器与所述第一NDR器件的所述第一节点之间；以及第四负载电阻器，其耦接于所述第二电容器与所述第二NDR器件的第一节点之间。6.根据权利要求4所述的电路，其中：
所述第一NDR器件和所述第二NDR器件中的至少一个包括二氧化钒层。7.根据权利要求4所述的电路，其中：所述第一电压源和所述第二电压源被配置为使所述第一负差分电阻(NDR)器件和所述第二负差分电阻(NDR)器件接近其各自的莫特绝缘体到金属的转变。8.根据权利要求1所述的电路，其中，每个相应的抑制性忆阻器神经元电路包括：第一负差分电阻(NDR)器件，其利用第一电压源发生偏置；第二负差分电阻(NDR)器件，其利用第二电压源发生偏置，其中，所述第一电压源和所述第二电压源极性相反；第一电容器，其耦接到地电位且耦接到所述第一NDR器件的第一节点；第一负载电阻器，其耦接在所述抑制性有源忆阻器神经元电路的输入节点和所述第一电容器之间；第二电容器，其耦接到地定位；以及第二负载电阻器，其耦接于所述第一电容器与所述第二电容器之间，且耦接至所述第二NDR器件的第一节点；其中，所述第二NDR器件的第一节点形成所述抑制性有源忆阻器神经元电路的输出节点；其中，所述第一电压源是正电压源；并且其中，所述第二电压源是负电压源。9.根据权利要求8所述的电路，所述电路还包括：第三负载电阻器，其耦接于所述第一电容器与所述第一NDR器件的所述第一节点之间；以及第四负载电阻器，其耦接于所述第二电容器与所述第二NDR器件的第一节点之间。10.根据权利要求8所述的电路，其中：所述第一NDR器件和所述第二NDR器件中的至少一个包括二氧化钒层。11.根据权利要求8所述的电路，其中：所述第一电压源和所述第二电压源被配置为使所述第一负差分电阻(NDR)器件和所述第二负差分电阻(NDR)器件接近其各自的莫特绝缘体到金属的转变。12.根据权利要求1所述的电路，其中，所述二维交叉阵列还包括多个列，其中，每一列具有多个列电路，并且相应列中的每个列电路耦接到相应行输入。13.根据权利要求1所述的电路，其中，如果耦接到相应的兴奋性忆阻器神经元电路的相应行输入低于阈值或具有负值，则相应的兴奋性忆阻器神经元电路不激发；并且其中，如果耦接到相应的兴奋性忆阻器神经元电路的相应行输入高于阈值或具有正值，则相应的抑制性忆阻器神经元电路不激发。14.一种设置兴奋性忆阻器突触电路和抑制性忆阻器突触电路的电导值的方法，包括：使用流行的随机梯度下降法来训练卷积核权重；以及通过以下操作将第k个卷积核的经训练的卷积核权重元素w(i,j)转换为双象限突触电导值，其中，i和j是二维权重矩阵的行和列索引，所述双象限突触电导值可以是正...

【专利技术属性】
技术研发人员：易伟，乔斯，
申请(专利权)人：HRL实验室有限责任公司，
类型：发明
国别省市：