神经元的仿真装置以及仿真系统制造方法及图纸

本申请涉及类脑技术领域，公开了神经元的仿真装置以及仿真系统。该仿真装置用于模拟神经元的电生理特性，实现神经形态计算，该仿真装置包括：胞体模块，用于接收前一突触模块输出的第一模拟信号，并基于第一模拟信号产生脉冲信号；突触模块，与胞体模块连接，用于对脉冲信号进行处理，得到第二模拟信号，并将第二模拟信号输入至下一胞体模块；其中，仿真装置利用胞体模块实现数字计算，以及利用突触模块实现模拟计算。通过上述方式，能够更加真实的模拟出与生物神经元相似的神经元，能够提升仿真装置在神经形态计算过程中的生物可解释性。装置在神经形态计算过程中的生物可解释性。装置在神经形态计算过程中的生物可解释性。

【技术实现步骤摘要】
神经元的仿真装置以及仿真系统


[0001]本申请涉及类脑
，特别涉及神经元的仿真装置以及仿真系统。

技术介绍

[0002]在进行学习和认知等复杂计算时，大脑要远远优于目前普遍使用的计算机。如，人脑的功耗只有20瓦，即使利用目前最先进的计算机来模拟人脑的功能，功耗也将高达800万瓦以上，而速度则比人脑慢1000倍以上。受人脑启发，提出了一种与传统冯
·
诺依曼体系不同的计算架构，即神经形态计算。
[0003]相关技术中，只关注模拟实现生物神经元胞体的计算特性，生物可解释性低。

技术实现思路

[0004]本申请主要解决的技术问题是提供神经元的仿真装置以及仿真系统，能够更加真实的模拟出与生物神经元相似的神经元，能够提升仿真装置在神经形态计算过程中的生物可解释性。
[0005]为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种神经元的仿真装置，该仿真装置用于模拟神经元的电生理特性，实现神经形态计算，该仿真装置包括：胞体模块，用于接收前一突触模块输出的第一模拟信号，并基于第一模拟信号产生脉冲信号；突触模块，与胞体模块连接，用于对脉冲信号进行处理，得到第二模拟信号，并将第二模拟信号输入至下一胞体模块；其中，仿真装置利用胞体模块实现数字计算，以及利用突触模块实现模拟计算。
[0006]其中，胞体模块包括：转换电路，用于对第一模拟信号进行转换，得到第一数字信号；胞体电路，与转换电路连接，用于利用脉冲神经元模型对第一数字信号进行处理，得到脉冲信号。
[0007]其中，脉冲神经元模型基于FPGA实现。
[0008]其中，脉冲神经元模型的计算公式为：其中，u表示神经元细胞的膜电势大小，τ表示为微分方程的时间常数，u
rest
是一个常数参数，I(t)为第一数字信号，R为细胞膜阻抗；其中，u＝u
rest
,u>u
threshold
；其中，u
threshold
表示脉冲发放阈值，当神经元的膜电势超过u
threshold
时发放脉冲。
[0009]其中，突触模块包括：供电电路；突触元件，分别连接供电电路和胞体模块，用于在供电电路提供的目标电压下，对脉冲信号进行处理，得到电流信号；采样电路，与突触元件连接，用于对电流信号进行转换，得到电压信号。
[0010]其中，供电电路包括：电压转换器，用于对输入的电压进行降压处理，得到目标电压。
[0011]其中，突触元件包括：电源接口，与供电电路连接；输入接口，与胞体模块连接，用于接收脉冲信号；突触主体，分别连接电源接口和输入接口，用于在供电电路提供的目标电
压下，对脉冲信号进行处理，得到电流信号；输出接口，与突触主体连接，用于输出电流信号。
[0012]其中，采样电路包括至少一采样电阻。
[0013]为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种神经元的仿真系统，该仿真系统包括多个级联的如上述技术方案提供的仿真装置。
[0014]其中，多个突触模块阵列设置于同一电路板上。
[0015]本申请实施例的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供的神经元的仿真装置以及仿真系统，该仿真装置用于模拟神经元的电生理特性，实现神经形态计算，该仿真装置包括：胞体模块，用于接收前一突触模块输出的第一模拟信号，并基于第一模拟信号产生脉冲信号；突触模块，与胞体模块连接，用于对脉冲信号进行处理，得到第二模拟信号，并将第二模拟信号输入至下一胞体模块；其中，仿真装置利用胞体模块实现数字计算，以及利用突触模块实现模拟计算。通过上述方式，利用具有能够产生脉冲信号的胞体模块和能够产生模拟信号的突触模块的仿真装置，模拟神经元的电生理特性，实现神经形态计算，其中，仿真装置利用胞体模块实现数字计算，以及利用突触模块实现模拟计算，能够更加真实的模拟出与生物神经元相似的神经元，能够提升仿真装置在神经形态计算过程中的生物可解释性，进一步，仿真装置可以作为独立的神经形态计算单元参与更大规模的集成互联，进而构成完整的神经形态计算系统。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
[0017]图1是本申请提供的神经元的仿真装置一实施例的结构示意图；
[0018]图2是本申请提供的神经元的仿真装置一实施例的工作流程示意图；
[0019]图3是本申请提供的胞体模块一实施例的结构示意图；
[0020]图4是本申请提供的突触模块一实施例的结构示意图；
[0021]图5是本申请提供的供电电路一实施例的结构示意图；
[0022]图6是本申请提供的突触元件一实施例的结构示意图；
[0023]图7是本申请提供的神经元的仿真装置另一实施例的结构示意图；
[0024]图8是本申请提供的神经元的仿真系统一实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0026]在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包
含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0027]首先对生物神经元进行介绍：
[0028]生物神经系统中的信号是以细胞膜的电位变化来传导的。神经元细胞膜内外的电位有差别，外正内负。周围环境和内部变化可以引起膜电位的高低变化。但是这类变化当幅度不大时只是局部的，随着变化幅度的增加，达到一定阈值时，膜电位才会发生突然的变化，产生沿轴突传导的动作电位，也称为脉冲。这种神经元传递的脉冲持续时间为1
‑
2ms，它可以跨越较远的距离进行传递而不致衰减。电位变化的幅度和传导速度都因神经轴突纤维的种类不同而不同。但对一种纤维来说，动作电位和传导速度是一定的，在全范围内，动作电位的产生与否取决于刺激强度是否大于阈值，这种现象称为“全或无”(all or none)定律。
[0029]神经元未受刺激时，细胞膜内外两侧存在电位差，称为静息电位(resting potential)，一般在
‑
80～
‑
40mv。当神经元受到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种神经元的仿真装置，其特征在于，所述仿真装置用于模拟神经元的电生理特性，实现神经形态计算，所述仿真装置包括：胞体模块，用于接收前一突触模块输出的第一模拟信号，并基于所述第一模拟信号产生脉冲信号；突触模块，与所述胞体模块连接，用于对所述脉冲信号进行处理，得到第二模拟信号，并将所述第二模拟信号输入至下一胞体模块；其中，所述仿真装置利用所述胞体模块实现数字计算，以及利用所述突触模块实现模拟计算。2.根据权利要求1所述的仿真装置，其特征在于，所述胞体模块包括：转换电路，用于对所述第一模拟信号进行转换，得到第一数字信号；胞体电路，与所述转换电路连接，用于利用脉冲神经元模型对所述第一数字信号进行处理，得到所述脉冲信号。3.根据权利要求2所述的仿真装置，其特征在于，所述脉冲神经元模型基于FPGA实现。4.根据权利要求2所述的仿真装置，其特征在于，所述脉冲神经元模型的计算公式为：其中，u表示神经元细胞的膜电势大小，τ表示为微分方程的时间常数，u
rest
是一个常数参数，I(t)为所述第一数字信号，R为细胞膜阻抗；其中，u＝u
rest
,u>u
threshold
；其中，u
threshold
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李骁健，徐文涛，岳斌，陈炳炎，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：