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公開番号2025143190
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-01
出願番号2025003812
出願日2025-01-10
発明の名称ニューロモルフィックコンピューティング装置及びその動作方法
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人弁理士法人ITOH
主分類G06N 3/063 20230101AFI20250924BHJP(計算;計数)
要約【課題】興奮性、抑制性シナプスに連結可能かつ発火率を調整するニューロモルフィックコンピューティング装置及び動作方法を提供する。
【解決手段】シナプスアレイに連結する複数の人工ニューロン141夫々は、第1ノードN1と連結するゲート、電源電圧VDDを受信する電源端及び出力スパイクを出力する第2ノードN2に連結する強誘電体トランジスタFeFET、第1入力スパイクを受信するゲート、第1入力電源電圧Vexを受信する第1入力電源端と第1ノードとに連結する第1入力トランジスタM1exc、第2入力スパイクを受信するゲート、第2入力電源電圧Vinを受信する第2入力電源端と第1ノードとに連結する第2入力トランジスタM1inh、Vadj調整電圧を受信するゲート、第2ノードと接地端とに連結する調整トランジスタM2及びリセット電圧Vrstを受信するゲート、第1ノードと接地端とに連結するリセットトランジスタM3を含む。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
シナプスアレイに連結された複数の人工ニューロンを有するニューロモルフィックコンピューティング装置において、
前記複数の人工ニューロンのそれぞれは、
第１ノードに連結された第１ゲートを有し、電源電圧を受信する電源端と出力スパイクを出力する第２ノードとの間に連結される強誘電体トランジスタと、
第１入力スパイクを受信する第２ゲートを有し、第１入力電源電圧を受信する第１入力電源端と前記第１ノードとの間に連結される第１入力トランジスタと、
第２入力スパイクを受信する第３ゲートを有し、第２入力電源電圧を受信する第２入力電源端と前記第１ノードとの間に連結される第２入力トランジスタと、
調整電圧を受信する第４ゲートを有し、前記第２ノードと接地端との間に連結される調整トランジスタと、
リセット電圧を受信する第５ゲートを有し、前記第１ノードと前記接地端との間に連結されるリセットトランジスタを含む、ニューロモルフィックコンピューティング装置。
続きを表示（約 950 文字）【請求項２】
前記第１入力スパイクは興奮性シナプスから受信され、
前記第２入力スパイクは抑制性シナプスから受信される、請求項１に記載のニューロモルフィックコンピューティング装置。
【請求項３】
前記第１入力トランジスタは、ＰＭＯＳ（Ｐ－ｃｈａｎｎｅｌＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタを含み、
前記第２入力トランジスタは、ＮＭＯＳ（Ｎ－ｃｈａｎｎｅｌＭｅｔａｌ－ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタを含む、請求項１に記載のニューロモルフィックコンピューティング装置。
【請求項４】
前記強誘電体トランジスタは、共通連結されたソースとウェルを有するように実現される、請求項１に記載のニューロモルフィックコンピューティング装置。
【請求項５】
前記第１入力電源電圧は正の電圧であり、
前記第２入力電源電圧は負の電圧である、請求項１に記載のニューロモルフィックコンピューティング装置。
【請求項６】
前記電源電圧を可変することで人工ニューロンの発火率が調節される、請求項１に記載のニューロモルフィックコンピューティング装置。
【請求項７】
前記第１入力電源電圧、前記第２入力電源電圧、前記調整電圧、あるいは、前記リセット電圧を可変することで人工ニューロンの発火率が調節される、請求項１に記載のニューロモルフィックコンピューティング装置。
【請求項８】
前記発火率を調節するための制御ユニットをさらに含む、請求項７に記載のニューロモルフィックコンピューティング装置。
【請求項９】
前記シナプスアレイは、２次元構造に配列された興奮性シナプスと抑制性シナプスを含む、請求項１ないし８のうちの何れか一項に記載のニューロモルフィックコンピューティング装置。
【請求項１０】
前記シナプスアレイは、３次元構造に交互に配列された興奮性シナプスと抑制性シナプスを含む、請求項１ないし８のうちの何れか一項に記載のニューロモルフィックコンピューティング装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニューロモルフィックコンピューティング装置及びその動作方法に関するものである。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
ＳｐｉｋｉｎｇＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋ（ＳＮＮ）は、生物学的神経網をモデリングした人工神経網の一類型である。このネットワークは、生物学的ニューロンが発火（ｓｐｉｋｉｎｇ）する方式を模倣して動作する。各ニューロンは、一定の時間間隔で電気的な信号を生成し、このような信号は、他のニューロンとの連結を介して伝達される。ＳＮＮは一般的な人工神経網とは異なるいくつかの重要な特徴を有している。第一に、ＳＮＮは時間的な情報を考慮して作動する。ニューロンの発火時間と間隔は、情報処理に重要な役割を果たす。第二に、ＳＮＮはイベントが発生する場合にのみ活性化されるイベント駆動型処理（Ｅｖｅｎｔ－ｄｒｉｖｅｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を用いる。これにより、活性化されたニューロンのみが演算に関与するため、電力と計算リソースを効率的に用いることができる。第三に、ＳＮＮにおけるシナプスの強度は、時間とともに変化し得る。これにより、シナプス強度を効果的に調節して学習及び記憶機能を改善することができる。第四に、ＳＮＮは入力信号を時間的に積分し、基準値を超過する場合にのみニューロンが発火する。これにより、入力パターンの変化及び時間的な特性を処理することができる。ＳＮＮは、センサデータ処理、パターン認識、時間的情報処理など、様々な応用分野に適用されることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
韓国公開特許第１０－２０１８－０１３３０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、新規なニューロモルフィックコンピューティング装置及びその動作方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の目的は、興奮性シナプスと抑制性シナプスに連結可能なニューロモルフィックコンピューティング装置及びその動作方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の目的は、発火率を調整するニューロモルフィックコンピューティング装置及びその動作方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態によるニューロモルフィックコンピューティング装置は、シナプスアレイに連結された複数の人工ニューロンを有し、上記複数の人工ニューロンのそれぞれは、第１ノードに連結されたゲートを有し、電源電圧を受信する電源端と出力スパイクを出力する第２ノードとの間に連結される強誘電体トランジスタと、第１入力スパイクを受信するゲートを有し、第１入力電源電圧を受信する第１入力電源端と上記第１ノードとの間に連結される第１入力トランジスタと、第２入力スパイクを受信するゲートを有し、第２入力電源電圧を受信する第２入力電源端と上記第１ノードとの間に連結される第２入力トランジスタと、調整電圧を受信するゲートを有し、上記第２ノードと接地端との間に連結される調整トランジスタと、リセット電圧を受信するゲートを有し、上記第１ノードと上記接地端との間に連結されるリセットトランジスタを含むことができる。
【０００８】
本発明の他の実施形態によるニューロモルフィックコンピューティング装置は、興奮性ビットラインと興奮性ソースラインとの間に連結された第１強誘電体トランジスタを有する興奮性シナプスと抑制性ビットラインと抑制性ソースラインとの間に連結された第２強誘電体トランジスタを有する抑制性シナプスを交互に配置したシナプスアレイと、上記第１強誘電体トランジスタ及び上記第２強誘電体トランジスタのゲートに連結されたワードラインに対応する入力スパイクを提供するシナプス前ニューロン回路と、上記興奮性ビットラインに第１ビットライン電圧を提供し、上記抑制性ビットラインに第２ビットライン電圧を提供するビットラインドライバと、上記興奮性ソースラインのいずれかから興奮性入力スパイクを受信し、上記抑制性ソースラインのいずれかから抑制性入力スパイクを受信し、ＬＩＦ（ＬｅａｋｙＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ－ａｎｄ－Ｆｉｒｅ）動作を実行することで出力スパイクを出力する人工ニューロンを含むことができる。
【０００９】
本発明の実施形態による興奮性シナプスと抑制性シナプスに連結された人工ニューロンを有するニューロモルフィックコンピューティング装置の動作方法は、上記興奮性シナプスと上記抑制性シナプスを介して入力スパイクを訓練する段階と、上記人工ニューロンの発火率を調節する段階と、上記調節された発火率によって上記人工ニューロンの出力スパイクを訓練する段階を含むことができる。
【００１０】
本発明の他の実施形態によるニューロモルフィックコンピューティング装置は、興奮性ビットラインと興奮性ソースラインとの間に連結され、積層されたレイヤーのそれぞれに配置された第１強誘電体トランジスタと、抑制性ビットラインと抑制性ソースラインとの間に連結され、上記積層されたレイヤーのそれぞれに配置された第２強誘電体トランジスタと、上記興奮性ビットラインと上記抑制性ビットラインに対応するビットライン電圧を提供するビットラインドライバと、上記興奮性ソースラインと上記抑制性ソースラインに連結された人工ニューロンを含み、上記人工ニューロンは、上記興奮性ソースラインを介して第１入力スパイクと上記抑制性ソースラインを介して受信された第２入力スパイクを受信し、ＬＩＦ（ＬｅａｋｙＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ－ａｎｄ－Ｆｉｒｅ）動作を行うことで出力スパイクを出力することを特徴とする。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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