可扩展的仿神经电路制造技术

本发明专利技术的实施例的仿神经电路包括：第一神经元阵列，包括生成尖峰信号的多个神经元电路；第一突触阵列，包括将从所述第一神经元阵列接收的所述尖峰信号进行处理并输出的多个第一突触电路；第二突触阵列，包括多个第二突触电路；第一连接块，位于所述第一突触阵列与所述第二突触阵列之间，响应于控制信号来连接所述第一突触阵列与所述第二突触阵列；以及控制逻辑，生成所述控制信号。本发明专利技术的仿神经电路能够通过利用连接块将突触阵列扩展为多种大小，并且能够以硬件实现诸如剪枝(Pruning)以及随机失活(Dropout)等运算效果。以及随机失活(Dropout)等运算效果。以及随机失活(Dropout)等运算效果。

【技术实现步骤摘要】
可扩展的仿神经电路


[0001]本专利技术涉及一种半导体装置，具体涉及可扩展的仿神经电路(Expandable Neuromorphic Circuit)。

技术介绍

[0002]随着计算范式从CPU中心系统转变为数据中心系统，需要一种新型的计算架构以克服现有的冯诺依曼架构(Von Neumann Architecture)的性能极限。尤其是，从生物学脑获得灵感的仿神经计算(Bio
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inspired neuromorphic computing)是冯诺依曼结构的替代方案之一。与基于CMOS的神经元及突触相比，大多数新型的装置在电力消耗、扩展性以及计算速度等方面具有更高的潜力，因此，作为脑神经系统的基本构建区块，正在广泛研究用于人造神经(Neuron)及突触(Synapses)的新型装置。
[0003]人造突触的理想的模拟(analog)操作是基于人造神经网络算法的神经系统的高学习准确性的重要的要素之一。由于电尖峰重复，理想的模拟突触元件应当具有线性且对称的突触传导性更新(synapse conductance update)以及高开关阻抗比(On/Off ratio)的特性。因此，形成符合这种条件的突触元件存在诸多困难。另外，构建能够处理所需功能的大小合适的突触元件阵列或神经元元件阵列也存在诸多困难。

技术实现思路

[0004]技术问题
[0005]本专利技术的目的在于，提供一种可易于扩展的仿神经电路。
[0006]技术方案
[0007]本专利技术的一实施例的仿神经电路包括：第一神经元阵列，包括生成尖峰信号的多个神经元电路；第一突触阵列，包括将从所述第一神经元阵列接收的所述尖峰信号进行处理并输出的多个第一突触电路；第二突触阵列，包括多个第二突触电路；第一连接块，位于所述第一突触阵列与所述第二突触阵列之间，响应于控制信号来连接所述第一突触阵列与所述第二突触阵列；以及控制逻辑，生成所述控制信号。
[0008]在该实施例中，所述第一连接块包括多个开关，所述多个开关响应于所述控制信号，以不发生电平变化的方式传递所述多个第一突触电路的多个输入线路或多个输出线路的信号。
[0009]在该实施例中，所述多个开关各自包括互补通道晶体管逻辑(Complementary Pass Transistor Logic)。
[0010]在该实施例中，进一步包括：第二神经元阵列，位于所述第一突触阵列与所述第一连接块之间；以及第三神经元阵列，与所述第二突触阵列的多个输出线路连接，并且生成输出尖峰信号。
[0011]在该实施例中，所述第二突触阵列相对于所述第一突触阵列形成于第一方向上，并且仿神经电路还包括：第三突触阵列，形成于相对于所述第一突触阵列垂直的第二方向
上；以及第二连接块，连接所述第一突触阵列与所述第三突触阵列。
[0012]有益效果
[0013]根据上述本专利技术的实施例，仿神经电路能够使用连接块将突触元件阵列的大小扩展为所需的大小。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的实施例的仿神经电路的示意框图。
[0015]图2是图1中示出的多个突触电路的电路模型的示意图。
[0016]图3是本专利技术的一实施例的可扩展的仿神经电路的示意图。
[0017]图4是图3中的第一连接块的构成的示意框图。
[0018]图5是图4中的第一开关的构成的示意电路图。
[0019]图6是本专利技术的另一实施例的仿神经电路的示意图。
[0020]图7是本专利技术的又另一实施例的仿神经电路的示意图。
具体实施方式
[0021]以下，参照附图对本专利技术的一些实施例进行详细说明。在对各张附图中的多个构成要素标注附图标记时，即便相同的构成要素示于不同的附图中，也尽可能地标注了相同的附图标记。另外，在对本专利技术进行说明时，当认为相关公知特征或功能的具体说明可能会混淆本专利技术的要点时，可省略其详细说明。
[0022]另外，在本专利技术的构成要素的说明中，可使用第一、第二、A、B、(a)、(b)等术语。这些术语只是用于区分一个构成要素与另一个构成要素，该构成要素的本质、次序、顺序或数量等不限于该术语。当记载为某个构成要素与另一个构成要素“连接”、“结合”或“衔接”时，既可理解为一个构成要素与另一个构成要素直接连接或接触，也可理解为其他构成要素“介于”各个构成要素之间，或各个构成要素通过其他构成要素“连接”、“结合”或“衔接”。
[0023]图1是本专利技术的实施例的仿神经电路的示意框图。仿神经电路100可包括第一神经元阵列110、突触阵列130、第二神经元阵列150、外围电路170以及控制逻辑190。
[0024]第一神经元阵列110生成尖峰信号并传递给突触阵列130。第一神经元阵列110可包括多个轴突(axon)，所述多个轴突生成多个输入尖峰信号。轴突类似于生物神经网络的轴突，具有能够向其他神经元输出信号的功能。例如，第一神经元阵列110的多个轴突分别能够基于从外部输入的数据和信息生成输入尖峰信号。输入尖峰信号可以是短时间切换(toggle)的脉冲信号。
[0025]突触阵列130能够连接第一神经元阵列110与第二神经元阵列150。突触阵列130可包括多个突触电路131，所述多个突触电路131用于决定第一神经元阵列110的多个轴突与第二神经元阵列150的多个神经元的连接与否以及连接强度。多个突触电路131能够处理通过行线133输入的尖峰信号，并通过列线135输出处理结果。用于构建多个突触电路131的元件可使用闪存、RRAM、PRAM、FRAM、MRAM等元件。
[0026]多个突触电路131可各自具有固有的权重值。多个突触电路131各自能够接收输入尖峰信号，并对输入尖峰信号施加权重值。权重值可以是表示上述轴突与神经元之间的相关关系、第一神经元阵列110的多个轴突与第二神经元阵列150的多个神经元之间的连接强
度、输入尖峰信号与第二神经元阵列150的相关关系等的数字化的值。多个突触电路131各自能够根据输入尖峰信号向第二神经元阵列150输出权重值。多个突触电路131各自能够基于输入尖峰信号和权重值生成运算信号并向第二神经元阵列150输出运算信号。
[0027]如图1中所示，多个突触电路131位于第一方向与第二方向的二维阵列(Array)上。多个输入尖峰信号可沿从第一神经元阵列110往突触阵列130的第一方向传递。对输入尖峰信号施加权重值得到的运算信号(即，运算结果)可沿从突触阵列130往第二神经元阵列150的第二方向传递。例如，第一方向与第二方向可彼此垂直。不过，可以理解的是，与图1所示不同，多个突触电路131也可以配置在三维阵列上。
[0028]第二神经元阵列150的多个神经元电路151能够分别从突触阵列130接收对多个输入尖峰信号施加多个权重值得到的多个运算信号。多个神经元电路151各自类似于生物神经网络的树突，具有能够接收由其他神经元输出的信号的功能。参照图1，多个神经元电路151本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿神经电路，包括：第一神经元阵列，包括生成尖峰信号的多个神经元电路；第一突触阵列，包括将从所述第一神经元阵列接收的所述尖峰信号进行处理并输出的多个第一突触电路；第二突触阵列，包括多个第二突触电路；第一连接块，位于所述第一突触阵列与所述第二突触阵列之间，响应于控制信号来连接所述第一突触阵列与所述第二突触阵列；以及控制逻辑，生成所述控制信号。2.根据权利要求1所述的仿神经电路，其中，所述第一连接块包括多个开关，所述多个开关响应于所述控制信号，以不发生电平变化的方式传递所述多个第一突触电路的多个输入线路或多个输出线路的信...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭俊荣，李秀渊，金寅昊，朴钟极，李敬锡，金宰煜，朴钟佶，郑然周，黄圭元，
申请(专利权)人：韩国科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：