JP2005122467A - 演算回路およびその動作制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 並列演算処理された演算結果の累算値を算出する演算回路に、アナログ信号で表される情報を演算処理する複数のアナログ演算回路と、前記複数のアナログ演算回路による演算結果の総和値を電荷量として蓄積するキャパシタと、前記キャパシタに蓄積された電荷量を対応するパルス幅を持つパルス信号に変換するコンパレータと、前記パルス信号をデジタル信号に変換するパルス幅変調回路と、変換された前記デジタル信号に基づいて累算値を算出するデジタル演算回路とを備え、前記パルス幅変調回路2が、クロックを計数してその計数値をデジタル信号として出力するカウンタ11と、それぞれに入力される各パルス信号の終端において前記カウンタが出力する共通の計数値をラッチする複数のパルス生成回路10-0〜10-(n-1)とを有する。
【選択図】 図4
Description
図1は、本実施形態でのアナログ・デジタル混載型の演算回路100の全体構成図を示す。
xb=(xb,0,xb,1,…,xb,m-1) (2)
CNTi=(CNTi,0,CNTi,1,…,CNTi,m-1) (3)
本実施形態におけるアナログ・デジタル混載型の演算回路は、第一の実施形態におけるアナログ・デジタル混載型の演算回路と比較して、デジタル・パルス幅変換回路のみが異なっている。従って、以下では第一の実施形態と異なるデジタル・パルス幅変換回路についてのみ説明を行い、それ以外の部分は第一の実施形態と同様として説明を省略する。
第三の実施形態におけるアナログ・デジタル混載型の演算回路200の構成例を図8に示す。
以下、図面を参照して第四の実施形態を詳細に説明する。図11は、本実施形態でのアナログ・デジタル混載型の演算回路400の全体構成図を示す。
続いて、それぞれのアナログ演算回路において、工程S5,S7からの出力であるPWM信号とアナログ電圧Vwを乗算する工程S3を実行する。
本実施形態におけるアナログ・デジタル混載型の演算回路は、第四の実施形態におけるアナログ・デジタル混載型の演算回路を構成するパルス幅・デジタル変換回路29の終端ラッチ回路32-0〜32-(n-1)の部分を図18に示した回路に置き換えたものである。
第六の実施形態にかかるアナログ・デジタル混載型の演算回路の構成例600を図20に示す。
B1, B2, B5, B7, B9, B10, B14, B16≧0、B3, B4, B6, B8, B11, B12, B13, B15<0
A1・B1+ A2・B2+ A5・B5+ A7・B7 (14)
A9・B9+ A10・B10+ A14・B14+ A16・B16 (15)
A3・B3+ A4・B4+ A6・B6+ A8・B8 (16)
A11・B11+ A12・B12+ A13・B13+ A15・B15 (17)
なおこの際、第一及び第二の実施形態と同様に、トータルの演算個数(前記ケースでは16)が、アナログ演算回路数(4個)の倍数となっていなくても、乗算値B=0に相当するアナログ電圧Vwを入力することで、演算個数を調整することができる。
2回目の演算による保存値=85+53=138
3回目の演算による保存値=138−60=78
4回目の演算による保存値=78−71=7
従って、この場合の部分和を加減算していく途中経過での最大値は138となるため、デジタルメモリ26のビット長は8ビット必要となる。
2回目の演算による保存値=85−60=25
3回目の演算による保存値=25+53=78
4回目の演算による保存値=78−71=7
従って、この場合の部分和を加減算していく途中経過での最大値は85となるため、デジタルメモリ26に必要なビット長は7ビットとなり、前記の例よりも少ないビット長で済むことが分かる。
第七の実施形態におけるニューラルネットワーク回路の構成例を図22に示す。図22に示すように、本実施形態におけるニューラルネットワーク回路700は、第六の実施形態で説明したアナログ・デジタル混載型の演算回路と、デジタル・パルス幅変換回路を含むことを特徴としている。
y=f(Σω・x) (20)
y:出力値、f:変換関数、ωシナプス荷重、x:前段ニューロンの出力値
f(u)={1+exp(−au)}-1 (21)
a:シグモイド関数の傾きを決定するパラメータ
第八の実施形態における画像信号処理回路の構成例を図26に示す。図26に示すように、本実施形態における画像信号処理回路は、第七の実施形態で説明したニューラルネットワーク回路を含むことを特徴としている。なお図26では、第五の実施形態で説明した階層構造の初段のみを示しており、それ以降の階層の記述を省略している。
2 デジタル・パルス幅変換回路
3 アナログ演算回路
4 キャパシタ
5 PWM信号
6 アナログ電圧Vw
7 入力端子
8 入力端子
10-0〜10-(n-1) パルス生成回路
11 カウンタ
12 基準値レジスタ
13 加算回路
14 パルス幅レジスタ
15 切替回路
16 タイミングトリガ発生回路
17 出力パルス反転回路
18-0〜16-(m-1) EXORゲート
19 NORゲート
20 デジタルメモリ
21 デジタル・パルス幅変換回路
22 電流源
24 バッファ
25 デジタル加算回路
26 デジタルメモリ
27 Ramp電圧
28 コンパレータ
29 パルス幅・デジタル変換回路
31 カウンタ
32-1〜32-(n-1) 終端ラッチ回路
33-0〜33-(m-1) ラッチ
34 インバータ
35-0〜35-(n-1) 始端ラッチ回路
36-0〜36-(n-1) 減算回路
37-0〜37-(m-1) ラッチ
38 デジタル加減算回路
39 符号ビット
40 ニューロン
41 シナプス
42 コンパレータ
43 撮像素子
51 デジタル・パルス幅変換回路
52-0〜52-(n-1) パルス生成回路
53 カウンタ
62 パルス幅レジスタ
64 タイミングトリガ発生回路
65 出力パルス反転回路
66-0〜66-(m-1) EXORゲート
67 NORゲート
M1 PMOSトランジスタ
100 第一の実施形態にかかる演算回路
200 第二の実施形態にかかる演算回路
300 D/A変換回路
400 第三の実施形態にかかる演算回路
500 A/D変換回路
600 第五の実施形態にかかる演算回路
700 ニューラルネットワーク回路
800 ニューラルネットワークモデル
900 画像信号処理回路
101 ストローブ検出回路
102 ラッチ回路
103 カウンタ
104 デジタル・コンパレータ
105 JKフリップ・フロップ
111 従来のパルス幅・デジタル変換回路
112 ゲート回路
113 カウンタ
Claims (20)
- 並列演算処理された演算結果の累算値を算出する演算回路であって、
アナログ信号で表される情報を演算処理する複数のアナログ演算回路と、
前記複数のアナログ演算回路による演算結果の総和値を電荷量として蓄積するキャパシタと、
前記キャパシタに蓄積された電荷量を対応するパルス幅を持つパルス信号に変換するコンパレータと、
前記パルス信号をデジタル信号に変換するパルス幅・デジタル変換回路と、
変換された前記デジタル信号に基づいて累算値を算出するデジタル演算回路とを備え、
前記パルス幅・デジタル変換回路が、
クロックを計数してその計数値をデジタル信号として出力するカウンタと、
それぞれに入力される各パルス信号の終端において前記カウンタが出力する共通の計数値をラッチする複数の終端ラッチ回路とを有することを特徴とする演算回路。 - 前記パルス幅・デジタル変換回路が、
前記パルス信号の始端において前記カウンタが出力する計数値をラッチする始端ラッチ回路と、
前記終端ラッチ回路のデジタル出力値と前記始端ラッチ回路のデジタル出力値との差を演算して出力する減算回路と
を、前記複数の終端ラッチ回路の各々に対応して備えていることを特徴とする請求項1に記載の演算回路。 - 前記デジタル演算回路が、前記アナログ演算回路による演算結果の正負に関する情報に基づいて、前記変換されたデジタル信号の加算処理と減算処理とを切り替えて実行し、該デジタル信号の累算値を算出することを特徴とする請求項1に記載の演算回路。
- 前記キャパシタには、前記複数のアナログ演算回路が並列に接続されていることを特徴とする請求項1〜3に記載の演算回路。
- 前記キャパシタには、入力されるアナログ信号に基づいて、前記算出される累算値の部分和に相当する電荷量が蓄えられることを特徴とする請求項1〜4に記載の演算回路。
- 前記デジタル演算回路は、前記複数のアナログ演算回路における演算処理が完了するごとに、処理を実行することを特徴とする請求項1〜5に記載の演算回路。
- 前記アナログ演算回路は、前記アナログ信号に対して所定の荷重値を乗算することを特徴とする請求項1〜6に記載の演算回路。
- 前記アナログ演算回路は、前記アナログ信号に対して所定の非線形変換を行うことを特徴とする請求項1〜6に記載の演算回路。
- 前記アナログ演算回路は、前記非線形変換の出力値に対して、所定の荷重値を乗算することを特徴とする請求項8に記載の演算回路。
- 前記アナログ信号に基づいて算出される累算値は、該アナログ信号を入力値とするニューラルネットワークを構成するニューロンの内部状態値と等価であることを特徴とする請求項1〜9に記載の演算回路。
- 前記キャパシタに蓄えられる電荷量は、前記アナログ信号を入力値とするニューラルネットワークを構成するニューロンの内部状態値に対する部分和と等価であることを特徴とする請求項1〜10に記載の演算回路。
- 前記アナログ信号は画像信号であり、前記アナログ演算回路は該画像信号について1行ごとに演算処理することを特徴とする請求項1〜11に記載の演算回路。
- デジタルデータを保持するメモリを更に備え、
前記デジタル演算回路は、前記メモリに保持されたデジタルデータと、前記変換されたデジタル信号とを加算し、前記メモリは該加算結果を保持することで、前記累算値を算出することを特徴とする請求項1〜12に記載の演算回路。 - デジタルデータを保持するメモリを更に備え、
前記アナログ演算回路による演算結果が正の場合、前記デジタル演算回路は、前記メモリに保持されたデジタルデータと、前記変換されたデジタル信号とを加算し、前記メモリは該加算結果を保持し、
前記アナログ演算回路による演算結果が負の場合、前記デジタル演算回路は、前記メモリに保持されたデジタルデータから、前記変換されたデジタル信号を減算し、前記メモリは該減算結果を保持することで、前記累算値を算出することを特徴とする請求項1〜13に記載の演算回路。 - 前記デジタル演算回路では、加算処理と減算処理とが交互に実行されることを特徴とする請求項3に記載の演算回路。
- クロックを計数してその計数値をデジタル信号として出力する第2のカウンタと、
それぞれに外部からデジタル値として入力される各入力値と前記カウンタが出力する共通の計数値とを比較して、所定の時点から前記入力値と前記計数値とが一致する時点までの時間幅の出力パルス信号、又は所定の最大計数値から前記入力値を引いた値と前記計数値とが一致する時点から前記計数値が前記最大計数値に達する時点までの時間幅の出力パルス信号を生成する複数のパルス生成手段と
を備えるデジタル・パルス幅変換回路を有することを特徴とする請求項1〜15に記載の演算回路。 - 前記複数のパルス生成手段の各々は、
外部から入力される前記入力値をラッチするパルス幅レジスタと、
前記パルス幅レジスタがラッチした前記入力値の各ビットと、前記カウンタが出力する計数値の各ビットとを比較して、両者が完全に一致したときにトリガを発生するタイミングトリガ発生回路と、
前記タイミングトリガ発生回路がトリガを発生したときに、前記出力パルス信号の真理値を反転させる出力パルス反転回路と、
を備えていることを特徴とする請求項16に記載の演算回路。 - 前記複数のパルス生成手段の各々は、
前記出力パルスの立ち上がりのタイミングを表すデジタル値である基準値をラッチする基準値レジスタと、
前記基準値と外部から入力されるデジタル値である前記入力値との加算値を出力する加算回路と、
前記加算回路の出力値をラッチするパルス幅レジスタと、
前記基準値レジスタがラッチしたデジタル値又は前記パルス幅レジスタがラッチしたデジタル値の何れか一方を切り換えて出力する切換回路と、
前記切換回路から出力されるデジタル値の各ビットと、前記カウンタが出力する計数値の各ビットとを比較して、両者が完全に一致したときにトリガを発生するタイミングトリガ発生回路と、
前記タイミングトリガ発生回路がトリガを発生したときに、前記出力パルス信号の真理値を反転させる出力パルス反転回路と
を備え、
前記切換回路は、前記出力パルス反転回路が出力する出力パルスが偽値のときは、前記基準値レジスタがラッチしたデジタル値を出力し、前記出力パルス反転回路が出力する出力パルスが真値のときは、前記パルス幅レジスタがラッチしたデジタル値を出力するように切り換えを行うことを特徴とする請求項16に記載の演算回路。 - 前記デジタル・パルス幅変換回路からの出力パルス信号により制御される電流源回路と、
第2のキャパシタと
を備えることを特徴とする請求項16〜18に記載の演算回路。 - 並列演算処理された演算結果の累算値を算出する演算回路の動作制御方法であって、
アナログ信号で表される情報を複数のアナログ演算回路により演算処理するアナログ演算工程と、
前記アナログ演算工程による演算結果の総和値を電荷量としてキャパシタに蓄積する蓄積工程と、
前記キャパシタに蓄積された電荷量を対応するパルス幅を持つパルス信号に変換する電圧パルス変換工程と、
前記パルス信号をデジタル信号に変換するパルス幅・デジタル変換工程と、
変換された前記デジタル信号に基づいて累算値を算出する加算工程とを備え、
前記パルス幅・デジタル変換工程が、
カウンタによりクロックを計数してその計数値をデジタル信号として出力する工程と、
複数の終端ラッチ回路により、それぞれに入力される各パルス信号の終端において前記カウンタが出力する共通の計数値をラッチする工程とを有することを特徴とする演算回路の動作制御方法。
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