神經(jīng)形態(tài)芯片的關(guān)鍵模塊和系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、近幾年來，深度學(xué)習(xí)算法快速發(fā)展，大規(guī)模的圖像處理和迭代計算對硬件提出了新的要求。傳統(tǒng)的計算機(jī)都是基于“馮諾依曼架構(gòu)”設(shè)計，即數(shù)據(jù)在處理器和內(nèi)存之間來回計算。這種架構(gòu)適合數(shù)字運(yùn)算和程序執(zhí)行，但是并不適合處理圖像、聲音類信號。而人類的大腦卻可以輕松地同步處理視覺、聽覺和嗅覺等信號。通過研究人腦工作原理，學(xué)術(shù)界提出了一種不同于傳統(tǒng)計算機(jī)架構(gòu)的神經(jīng)形態(tài)芯片，在處理圖像和聲音類信號方面有重大優(yōu)勢。為此，本文提出了一種模數(shù)混合超大規(guī)模脈沖型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

2、電路。
　　本文先介紹了生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理和相應(yīng)的電路模型，從理論上證明了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路設(shè)計的可行性，并根據(jù)應(yīng)用的需求和電路自身的限制定義了芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該芯片主要分為四個模塊，神經(jīng)元電路陣列、突觸電路陣列、SRAM(Static Random AccessMemory，靜態(tài)隨機(jī)存儲器)存儲單元陣列和AER(Address Event Representation)通信電路。其中，神經(jīng)元電路陣列和突觸電路陣列具有生物神經(jīng)元和突觸的

3、時間特性，實(shí)現(xiàn)了脈沖頻率可調(diào)，突觸權(quán)重可配的功能。同時，通過改變突觸電路和神經(jīng)元電路的連接關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用。利用AER電路，能夠讓芯片和微處理器通信，并通過更新SRAM單元中的突觸權(quán)重值來研究不同種類的STDP(Spike-Timing Dependent Plasticity)學(xué)習(xí)算法的效果。
　　該芯片采用了smic180nm CMOS工藝，包含了總共32×32個SRAM單元，2×32個突觸電路，32個I&F神經(jīng)元電路和A