电子单元阵列及人工神经网络制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种电子单元阵列及人工神经网络，电子单元阵列包括：M

【技术实现步骤摘要】
电子单元阵列及人工神经网络


[0001]本专利技术涉及神经网络
，尤其涉及一种电子单元阵列及人工神经网络。

技术介绍

[0002]人工神经网络是一种仿生并行处理信号的运算系统，旨在通过模仿生物神经网络的适应性、突触可塑性、噪声耐受性来处理大量数据。然而，现有的通用人工神经网络系统都是在以冯诺依曼架构为基础的计算机上运行，计算效率低，功耗高，难以模仿真实生物神经网络的强大连通性和突触可塑性等功能。为了解决冯诺依曼架构计算设备模拟生物神经网络存在的种种问题和局限，现有一些具有神经网络计算潜力的模拟计算电路成为人们关注的重点，具体参考以下多个现有技术方案。
[0003]现有拟态神经网络技术方案：
[0004](1)具有电流“泵入”功能的拟态神经网络：
[0005]传统的成像和数据处理设备对于移动人工视觉应用并不理想，例如无人机和机器人的视觉系统，因为相机模块中的多光学镜头笨重而不适宜。此外，传统系统的物理隔离图像数据处理单元造成了较大的功耗和数据延迟。在移动人工视觉应用方面，受生物眼睛和神经网络的启发，开发了神经形态的电子眼。在电子眼设计中，神经网络的输入层的输入信号来源于环境中的光激励信号，直接控制感光元件的阻抗。而在感光元件的两端控制电压固定的情况下，电流只能从电源设备流入到下一层网络。这种设计方案属于“电流泵入”类型，具体表现为阵列化的计算元件矩阵中，每一行并联计算元件的两个端口分别连接电流输入端口和信号输出端口。每一行的电流和叠加，最终电流总和为每一行的输出结果累加结果。“电流泵入”方案与生物神经元中兴奋过程类似，即固定权重的情况下，输入越大，输出电流越大。这种设计缺少“电流泵出”功能，无法表达生物神经元中的抑制过程，功能单一。
[0006](2)具有电流“泵出”功能的拟态神经网络：
[0007]基于二维材料晶体管的神经网络芯片采用了不同于上述神经网络电路的架构设计。该设计方案通过调节加载在双栅串联薄膜晶体管栅极的电压调整权值大小。在该案例中，采用的方案属于“电流泵出”设计，具体表现为阵列化的计算元件矩阵中，每一行并联计算元件的两个端口分别连接输出电流端口和信号输出端口。“电流泵出”设计方案中，信号输出端通常与部分固定阻值的电阻相连，以便于通过分压方式将电流信号转换成电压信号并传递出去。同样，这种只考虑生物神经元中的抑制过程，无法执行部分必须需要兴奋过程的任务。
[0008](3)调整输入电压信号使其具有电流“泵入”和“泵出”功能的拟态神经网络：
[0009]基于忆阻器的拟态神经网络采用阵列化忆阻器元件实现网络布局，每个忆阻器具有两个端口，分别为输入端口和输出端口。通常每一行或每一列的输出端口连接在一起，并通过外部电路的运放“虚地”设置输出端口为固定电压。输入信号被加载在阵列内元件的输入端口，高于输出端口固定电压的输入电压信号实现电流“泵入”；而低于输出端口固定电
压的输入电压信号实现电流“泵出”功能。如此设计存在输入阻抗较低的问题，存在噪音干扰，信号衰减等一系列问题。
[0010](4)生成输入电压信号相反数使其具有电流“泵入”和“泵出”功能的拟态神经网络：
[0011]Mehonic等人报道了一种在RRAM存储器上实现拟态神经网络的方案，为了实现电流的“泵入”和“泵出”的功能，他们首先利用电压生成电路自动生成每个输入电压信号的相反数电压信号。在每个电路单元设计中设计独立的两个晶体管，每个晶体管的输入端分别加载一个输入电压信号和该电压信号的相反数电压信号。如此将电流“泵入”和“泵出”功能结合在一起。这种设计方案存在和案例3同样的输入阻抗过低的问题。除此之外，需要额外电路用于生成输入电压信号的相反数电压信号，为硬件设计增加更多难度。
[0012]总结来看，为了模拟生物神经元共存的兴奋和抑制过程，拟态神经网络需要结合电流“泵入”和“泵出”功能。然而现有的方案在不在阵列单元内部增加额外元件的情况下，必须要将输入信号施加在低输入阻抗的端口，这将对输入信号产生噪音干扰和信号衰减等一系列问题。而在阵列单元内部增加额外元件的情况下，又需要额外的电路用于生成输入信号的相反数电压信号，同样具有低输入阻抗问题，且增加了硬件设计难度。
[0013]综上，目前对于模拟生物神经元共存的兴奋和抑制过程的电路结构设计，仍然存在对输入信号产生噪音干扰和信号衰减，或者电路设计复杂等等的问题，仍然存在一些弊端亟需解决。

技术实现思路

[0014]本专利技术的主要目的在于提供一种电子单元阵列及人工神经网络，可以解决现有技术中的模拟生物神经元电路结构设计的弊端。
[0015]为实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种电子单元阵列，所述电子单元阵列包括：M
×
N个电子单元以及若干电导线，各个所述电子单元按照阵列排列，M≥1且N≥1；
[0016]所述电子单元至少包括：第一并联双栅场效应晶体管、第二并联双栅场效应晶体管；
[0017]所述第一并联双栅场效应晶体管以及第二并联双栅场效应晶体管的第一栅极端口均与第一电导线电连接；所述第一并联双栅场效应晶体管的任一非栅极端口与所述第二并联双栅场效应晶体管的任一非栅极端口电连接，且电连接的所述非栅极端口与第二电导线电连接，以使所述第一并联双栅场效应晶体管以及第二并联双栅场效应晶体管构成推挽电路。
[0018]在一种可行实现方式中，所述第一并联双栅场效应晶体管的另一个非栅极端口与第三电导线电连接，所述第二并联双栅场效应晶体管的另一个非栅极端口与第四电导线电连接。
[0019]在一种可行实现方式中，每个电导线用于传输不同的电信号，所述电信号为电流信号或电压信号，所述电信号的类型至少包括上拉信号、下拉信号、输入信号、权重信号、开关信号、输出信号及电气参考信号中的一种或几种。
[0020]在一种可行实现方式中，所述电信号为偏置电压，则所述第二电导线的电压值不变，且所述第二电导线用于传输输出电流信号。
[0021]在一种可行实现方式中，所述电子单元还包括至少两个电容元件，第一电容元件的一端与第一并联双栅场效应晶体管的第二栅极端口电连接；第二电容元件的一端与第二并联双栅场效应晶体管的第二栅极端口电连接，所述第一电容元件的另一端与所示第二电容元件的另一端均与第五电导线电连接。
[0022]在一种可行实现方式中，所述电子单元还包括至少两个开关元件，第一开关元件的非栅极端口与第一并联双栅场效应晶体管的第二栅极端口电连接，第一开关元件的栅极端口与第六电导线电连接；第二开关元件的非栅极端口与第二并联双栅场效应晶体管的第二栅极端口电连接，第二开关元件的栅极端口与第七电导线电连接，第一开关元件以及第二开关元件的另一非栅极端口均与第八电导线电连接；
[0023]其中，所述电子单元阵列包括的各个电子单元中的开关元件的栅极端口，依次接收开关信号，以控制每个所述开关元件依次通断，实现阵列扫描。
[0024]在一种可行实现方式中，所述开关元件为开关场效应晶体管。
[0025本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子单元阵列，其特征在于，所述电子单元阵列包括：M
×
N个电子单元以及若干电导线，各个所述电子单元按照阵列排列，M≥1且N≥1；所述电子单元至少包括：第一并联双栅场效应晶体管、第二并联双栅场效应晶体管；所述第一并联双栅场效应晶体管以及第二并联双栅场效应晶体管的第一栅极端口均与第一电导线电连接；所述第一并联双栅场效应晶体管的任一非栅极端口与所述第二并联双栅场效应晶体管的任一非栅极端口电连接，且电连接的所述非栅极端口与第二电导线电连接，以使所述第一并联双栅场效应晶体管以及第二并联双栅场效应晶体管构成推挽电路。2.根据权利要求1所述电子单元阵列，其特征在于，所述第一并联双栅场效应晶体管的另一个非栅极端口与第三电导线电连接，所述第二并联双栅场效应晶体管的另一个非栅极端口与第四电导线电连接。3.根据权利要求1所述电子单元阵列，其特征在于，每个电导线用于传输不同的电信号，所述电信号为电流信号或电压信号，所述电信号的类型至少包括上拉信号、下拉信号、输入信号、权重信号、开关信号、输出信号及电气参考信号中的一种或几种。4.根据权利要求3所述电子单元阵列，其特征在于，所述电信号为偏置电压，则所述第二电导线的电压值不变，且所述第二电导线用于传输输出电流信号。5.根据权利要求1所述电子单元阵列，其特征在于，所述电子单元还包括至少两个电容元件，第一电容元件的一端与第一并联双栅场效应晶体管的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡玉申，王文，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：