JP3538138B2 - Semiconductor arithmetic unit - Google Patents

Semiconductor arithmetic unit

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JP3538138B2
JP3538138B2 JP2000326158A JP2000326158A JP3538138B2 JP 3538138 B2 JP3538138 B2 JP 3538138B2 JP 2000326158 A JP2000326158 A JP 2000326158A JP 2000326158 A JP2000326158 A JP 2000326158A JP 3538138 B2 JP3538138 B2 JP 3538138B2
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のベクトルを
データ群として保持しており、入力ベクトルに対応して
所定の条件を満たすベクトルをデータ群中から選別する
半導体演算装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor arithmetic device which holds a plurality of vectors as a data group and selects a vector which satisfies a predetermined condition corresponding to an input vector from the data group.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、複数の要素からなる1つの入力デ
ータに対して、これと所定の関係、例えば当該入力デー
タに最も近いデータをテンプレートの中から選択して出
力するアナログ・ディジタル融合処理をデバイスレベル
で実行する半導体演算装置が本発明者らにより提案され
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, analog-digital fusion processing for a single input data composed of a plurality of elements and a predetermined relationship with the input data, for example, selecting data closest to the input data from a template and outputting the selected data is performed. The present inventors have proposed a semiconductor arithmetic device that executes at a device level.

【0003】この半導体演算装置は、その機能がニュー
ロンの数学モデルに類似することからニューロンMOS
(νMOS)と称されており、通常のMOSトランジス
タのゲート電極を電気的にフローティングとし、これに
容量を介して多数の入力信号を結合されたものである。
ゲート電極の電位が、各入力電圧の重み付き線形和で決
定され、この値がトランジスタのしきい値を超えるか否
かでオン/オフが制御される。
This semiconductor arithmetic device has a function similar to that of a mathematical model of a neuron.
(ΝMOS), in which a gate electrode of a normal MOS transistor is electrically floating and a number of input signals are coupled to the gate electrode via a capacitor.
The potential of the gate electrode is determined by a weighted linear sum of the input voltages, and ON / OFF is controlled by whether or not this value exceeds a threshold value of the transistor.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、実世界のデ
ータはその量が膨大であるのみならず、曖昧で様々な攪
乱要因を含んでいる。具体的に、多数のリンゴの中から
所望の条件に最も適合するリンゴを選択することを例に
採り、所望条件として色、形、大きさ、重量の4要素か
ら各データをベクトルとして構成し、入力データに最も
近いベクトルをテンプレートの中から選択する場合につ
いて考察する。このとき、ベクトルの選択基準として、
前記の4要素がそれぞれ同一の重要度であれば単純とな
るが、実際には重要度が異なり、例えば形を最も重要視
し、大きさにはさほどこだわらない場合などがあり得
る。更に、例えば重量値を厳格に定めたい場合や、重量
は重要ではあるものの、所定の重量に近い値であれば良
いなど曖昧に条件を設定したい場合もある。
By the way, not only the amount of real world data is enormous, but also vague and various disturbance factors. Specifically, taking an example of selecting an apple that best meets the desired condition from among a large number of apples, each data is configured as a vector from four elements of color, shape, size, and weight as the desired condition, Consider the case where the vector closest to the input data is selected from the templates. At this time, as a selection criterion of the vector,
If the four elements have the same importance, the simplicity is obtained. However, the importance is actually different. For example, there may be a case where the shape is regarded as the most important and the size is not so particular. Further, there may be a case where it is desired to strictly determine the weight value, or a case where the weight is important but vague conditions such as a value close to a predetermined weight are sufficient.

【0005】上述のように、実際の様々な要求を含む入
力データ群に見合ったデータ群を選択できるように構成
するには、前記のνMOSを用いた構成ではこれが電圧
動作であるためにテンプレートマッチングの演算特性を
柔軟に変更することが極めて困難であるという問題があ
る。
As described above, in order to select a data group corresponding to an actual input data group including various requirements, in the above-described configuration using νMOS, since this is a voltage operation, template matching is required. However, there is a problem that it is extremely difficult to flexibly change the calculation characteristics of.

【0006】そこで本発明は、複数の要素からなる入力
データを電圧として入力し、当該入力電圧を電流に変換
し、これに対して所定の関係にあるデータを選択して電
流として出力することを可能とする半導体演算装置であ
り、データを構成する要素毎にきめ細かく重要度や厳格
さを可変に付加してデータを選択することができ、実世
界における膨大且つ曖昧な要求に可及的に応えることを
可能とする半導体演算装置を提供することを目的とす
る。
Accordingly, the present invention provides a method of inputting input data composed of a plurality of elements as a voltage, converting the input voltage into a current, selecting data having a predetermined relationship with the input, and outputting the selected data as a current. This is a semiconductor arithmetic device that enables to select data by variably adding importance and strictness to each element constituting data, and to respond to the huge and vague requirements in the real world as much as possible. It is an object of the present invention to provide a semiconductor arithmetic device capable of doing so.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体演算装置
は、複数のベクトルをデータ群として保持しており、入
力ベクトルに対応して所定の条件を満たすベクトルを前
記データ群中から選択する半導体演算装置であって、少
なくとも1つの電圧入力に対して第1の電流を出力する
回路であって、所定の入力電圧値に対して前記第1の電
流値が少なくとも1つの極大値又は極小値をとる回路を
少なくとも1つ有する第1の回路と、前記第1の回路に
おける前記第1の電流の出力端子の電位を所定値に制御
し、第2の電流を出力する第2の回路と、前記第2の電
流又は複数の前記第2の電流を総和した電流を1つの入
力電流として受ける回路であって、複数の前記入力電流
の中から最大値又は最小値のものを特定する機能を有す
る第3の回路とを備えて構成される。
According to the present invention, there is provided a semiconductor processing device which stores a plurality of vectors as a data group and selects a vector satisfying a predetermined condition from the data group corresponding to an input vector. An arithmetic unit that outputs a first current for at least one voltage input, wherein the first current value represents at least one maximum value or a minimum value for a predetermined input voltage value. A first circuit having at least one circuit to take, a second circuit that controls a potential of an output terminal of the first current in the first circuit to a predetermined value, and outputs a second current; A circuit which receives a second current or a current obtained by summing a plurality of second currents as one input current, and has a function of specifying a maximum value or a minimum value among the plurality of input currents. 3 circuits Ete constructed.

【0008】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記第2の回路と前記第3の回路との間に、前記第2の電
流又は複数の前記第2の電流を総和した電流に対して所
定の関係にある第3の電流を生成する第4の回路を更に
備え、前記第3の回路は、前記第3の電流又は複数の前
記第3の電流を総和した電流を1つの入力電流として受
ける。
In one aspect of the semiconductor arithmetic device of the present invention, the second circuit or the third circuit is provided between the second circuit and the third circuit with respect to a current obtained by summing a plurality of the second currents. A fourth circuit that generates a third current having a predetermined relationship, wherein the third circuit uses the third current or a current obtained by summing a plurality of the third currents as one input current receive.

【0009】ここで、後述する発明の実施の形態の欄で
は便宜上、前記第3の回路(電流)を第4の回路(電
流)とし、前記第4の回路(電流)を第3の回路(電
流)とする。
In the following description of the embodiments of the invention, for convenience, the third circuit (current) is referred to as a fourth circuit (current), and the fourth circuit (current) is referred to as a third circuit (current). Current).

【0010】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記第1の回路を構成する前記各回路は、nMOSトラン
ジスタとpMOSトランジスタとを直列又は並列に接続
してなる回路である。
In one embodiment of the semiconductor arithmetic device according to the present invention, each of the circuits constituting the first circuit is a circuit in which an nMOS transistor and a pMOS transistor are connected in series or in parallel.

【0011】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記第1の回路を構成する前記各回路は、1つのMOSト
ランジスタであり、ソースチャネル間及びドレインチャ
ネル間にトンネル障壁を有する量子効果デバイスであ
る。
In one aspect of the semiconductor arithmetic device of the present invention, each of the circuits constituting the first circuit is a MOS transistor, and is a quantum effect device having a tunnel barrier between a source channel and a drain channel. is there.

【0012】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記第1の回路は、マトリクス状に行と列をなして配され
た回路であって、各行が前記データ群を構成する各ベク
トルに対応し、各列は前記ベクトルの各要素に対応する
ように設置されている。
In one aspect of the semiconductor arithmetic device of the present invention, the first circuit is a circuit arranged in rows and columns in a matrix, and each row corresponds to each vector constituting the data group. Each column is set so as to correspond to each element of the vector.

【0013】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記第2の回路が前記第1の回路それぞれに付加されてい
る。
In one aspect of the semiconductor arithmetic device of the present invention, the second circuit is added to each of the first circuits.

【0014】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記第4の回路が前記第1の回路それぞれに付加されてい
る。
In one aspect of the semiconductor arithmetic device of the present invention, the fourth circuit is added to each of the first circuits.

【0015】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記第2の回路は、前記第1の電流の出力端子の電位を所定
値に制御するための電圧入力端子を有しており、前記入
力端子に加えられる信号が各列毎に共通の信号線によっ
て共有されている。
In one aspect of the semiconductor arithmetic device of the present invention, the second circuit has a voltage input terminal for controlling a potential of an output terminal of the first current to a predetermined value. Signals applied to the terminals are shared by a common signal line for each column.

【0016】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記第2の回路は、前記第1の回路の各列毎にそれぞれ設
けられている。
In one aspect of the semiconductor arithmetic device of the present invention, the second circuit is provided for each column of the first circuit.

【0017】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記第1の回路に、前記極大値又は前記極小値を中心とす
る電圧−電流の特性関数のシャープネスを可変とする手
段が設けられている。
In one aspect of the semiconductor arithmetic device of the present invention, the first circuit is provided with means for varying the sharpness of a voltage-current characteristic function centered on the maximum value or the minimum value. .

【0018】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記可変手段は、前記第1の回路を構成する前記各回路の
入力端子に線形増幅回路を有し、前記線形増幅回路に入
力電圧が印加され、出力を前記各回路の入力端子に入力
する。
In one aspect of the semiconductor arithmetic device of the present invention, the variable means has a linear amplifier circuit at an input terminal of each of the circuits constituting the first circuit, and an input voltage is applied to the linear amplifier circuit. The output is input to the input terminal of each circuit.

【0019】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記可変手段は、前記第1の回路を構成する前記各回路の
出力を回帰させる容量可変のキャパシタである。
In one aspect of the semiconductor arithmetic device of the present invention, the variable means is a variable-capacitance capacitor for returning the output of each of the circuits constituting the first circuit.

【0020】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記第3の回路は、同一の導電型を持つ複数のトランジス
タから構成されており、それらのゲート電極全てに共通
の参照電圧を印加でき、それぞれのトランジスタのドレ
イン端子を電圧出力端子とする。
In one embodiment of the semiconductor arithmetic device according to the present invention, the third circuit includes a plurality of transistors having the same conductivity type, and can apply a common reference voltage to all of the gate electrodes. The drain terminal of each transistor is a voltage output terminal.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した好適な諸
実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0022】(第1の実施形態)図1は、第1の実施形
態の半導体演算装置の主要構成を示す模式図である。こ
の半導体演算装置は、多数の要素からなる複数のベクト
ルをテンプレートとして保持しており、入力ベクトルに
対応して所定の条件を満たすベクトルをテンプレートの
中から選択して出力するデバイスである。本実施形態で
は、入力ベクトルXがn個の要素から構成される場合、
即ちX=(x1,x2,…,xn)であり、同様に各々n
次元のベクトルからなるm個のテンプレートとされてい
る場合を例示する。
(First Embodiment) FIG. 1 is a schematic diagram showing a main configuration of a semiconductor processing device according to a first embodiment. This semiconductor arithmetic device is a device that holds a plurality of vectors composed of a large number of elements as a template, selects a vector that satisfies a predetermined condition corresponding to an input vector from the template, and outputs the selected vector. In the present embodiment, when the input vector X is composed of n elements,
That is, X = (x 1 , x 2 ,..., X n ).
An example in which the number of templates is m, which is composed of dimensional vectors, will be described.

【0023】ここで、半導体演算装置は、入力ベクトル
の各要素を電圧値で入力し、所定の条件を満たすベクト
ル選択のための演算を電流を用いて行う電流駆動の半導
体回路である。出力は、選択されたベクトルを特定する
デジタル信号となる。これは、例えば選択されたベクト
ルの位置にデジタル値によるフラグ("0"または"1"の
ビット)を立てることによって所定の条件を満たすテン
プレートベクトルを特定する回路である。
Here, the semiconductor arithmetic device is a current-driven semiconductor circuit in which each element of an input vector is input as a voltage value, and an arithmetic operation for selecting a vector satisfying a predetermined condition is performed using a current. The output is a digital signal that identifies the selected vector. This is a circuit that specifies a template vector that satisfies a predetermined condition, for example, by setting a digital value flag ("0" or "1" bit) at the position of the selected vector.

【0024】具体的に、この半導体演算装置は、少なく
とも1つの電圧入力に対して第1の電流を出力する回路
であって、所定の入力電圧値に対して第1の電流値が少
なくとも1つの極大値(又は極小値)をとる回路を複数
有する第1の回路1と、第1の回路1における第1の電
流の出力端子の電位を所定値に制御し、第2の電流を出
力する第2の回路2と、第2の電流に対して所定の関係
にある第3の電流を生成する第3の回路3と、第3の電
流を1つの入力電流として受ける回路であって、複数の
入力電流の中から最大値(又は最小値)のものを特定す
る機能を有する、いわゆるウィナー・テイク・オール
(WTA)回路である第4の回路4とを備えて構成され
ている。
More specifically, the semiconductor arithmetic device is a circuit for outputting a first current in response to at least one voltage input, wherein the first current value is at least one for a predetermined input voltage value. A first circuit 1 having a plurality of circuits having a maximum value (or a minimum value), and a second circuit for controlling a potential of an output terminal of a first current in the first circuit 1 to a predetermined value and outputting a second current. A second circuit 2, a third circuit 3 that generates a third current having a predetermined relationship with the second current, and a circuit that receives the third current as one input current. A fourth circuit 4 which is a so-called Wiener Take All (WTA) circuit having a function of specifying a maximum value (or a minimum value) from input currents.

【0025】第1の回路1は、図2に示すように、複数
(m×n個)のCMOSインバータ11がm行n列にマ
トリクス状に配されてなる電圧−電流変換回路であり、
各列毎のCMOSインバータ11の入力端子に共通に入
力電圧xk(k=1〜n)が印加されるように構成され
ている。ここで、各CMOSインバータ11は、pMO
SトランジスタとnMOSトランジスタとが直列接続さ
れてなり、nMOSトランジスタが接地されるように結
線される。
As shown in FIG. 2, the first circuit 1 is a voltage-current conversion circuit in which a plurality of (m × n) CMOS inverters 11 are arranged in a matrix of m rows and n columns.
The input voltage x k (k = 1 to n) is commonly applied to the input terminals of the CMOS inverter 11 for each column. Here, each CMOS inverter 11 has a pMO
The S transistor and the nMOS transistor are connected in series, and are connected such that the nMOS transistor is grounded.

【0026】この第1の回路1では、各行を構成するn
個のCMOSインバータ11により、以下に示すように
m個のテンプレートT1〜Tmが構成される。即ち、図3
に示すように、各CMOSインバータ11は入力電圧V
に対して図示の特性の如き出力電流Iを生成する。この
V−I特性が極大値を有する非線形関数となるため、各
行についてx1,x2,…,xnに対応するCMOSイン
バータ11に極大電流値Imaxとなるしきい値電圧VT
それぞれ所望値に設定しておく。
In the first circuit 1, n constituting each row
The CMOS inverters 11 form m templates T 1 to T m as described below. That is, FIG.
As shown in FIG.
Generates an output current I having the characteristics shown in FIG. Since the V-I characteristic is non-linear function having a maximum value, x 1, x 2 for each row, ..., the maximum current value I max to the CMOS inverter 11 corresponding to x n the threshold voltage V T, respectively Set it to the desired value.

【0027】なお、各CMOSインバータ11の替わり
に、図4に示すように、ゲート電極に反転増幅された信
号が印加されるように反転増幅器14を設けるようにして
もよい。この反転増幅器14は、例えば演算増幅器を用い
て構成してもよいし、あるいはインバータを用いてもよ
い。
Note that, instead of each CMOS inverter 11, as shown in FIG. 4, an inverting amplifier 14 may be provided so that an inverted signal is applied to the gate electrode. The inverting amplifier 14 may be configured using, for example, an operational amplifier, or may use an inverter.

【0028】しきい値電圧VTの設定には、例えば以下
のような手法が好適である。
[0028] Setting of the threshold voltage V T, for example is suitable to the following procedures.

【0029】先ず、一時的にテンプレートを記憶する手
法としては、図5に示すように、CMOSインバータ1
1の前段にキャパシタ13を配し、CMOSインバータ
11の出力をキャパシタ13とCMOSインバータ11
との間に回帰させる方法がある。これによれば、キャパ
シタ13とCMOSインバータ11との間の電圧がしき
い値電圧VTとなり、CMOSインバータ11の出力を
回帰させたままの状態でノード13’に入力される電圧
値VTEMPLATEを入力し、信号回帰のパスを切断する。こ
れにより、キャパシタンスの両端に記憶される電荷量が
調節され、VTEM PLATEがこの全体の回路の見かけの閾値
とすることができる。
First, a method for temporarily storing a template
As a method, as shown in FIG.
1, a capacitor 13 is arranged in the preceding stage, and a CMOS inverter
The output of the capacitor 11 and the CMOS inverter 11
There is a way to regress between According to this,
The voltage between the inverter 13 and the CMOS inverter 11 is
Low voltage VTAnd the output of the CMOS inverter 11 is
The voltage input to node 13 'as it is regressed
Value VTEMPLATEAnd cut the signal regression path. This
This causes the amount of charge stored at both ends of the capacitance to
Adjusted, VTEM PLATEIs the apparent threshold of this whole circuit
It can be.

【0030】次に、半永久的にテンプレートを記憶する
手法としては、図6に示すように、CMOSインバータ
11にフローティングゲートを設けて不揮発性メモリ様
の構成とする方法がある。これによれば、このフローテ
ィングゲートに電子や正孔を流入、またはフローティン
グゲートから電子や正孔を流出させることによって閾値
電圧VTを任意に設定することができる。これを実現する
方法としては、例えばホットエレクトロン(ホール)注入
現象、トンネル現象などを用いればよい。
Next, as a method of semi-permanently storing a template, there is a method of providing a CMOS inverter 11 with a floating gate and providing a nonvolatile memory-like configuration as shown in FIG. According to this, it is possible to arbitrarily set the threshold voltage V T by the floating gate flow into electrons and holes in or to the floating gate to flow out electrons and holes. As a method of realizing this, for example, a hot electron (hole) injection phenomenon, a tunnel phenomenon, or the like may be used.

【0031】第2の回路2は、いわゆるカスコードとし
て機能するnMOSトランジスタであり、第1の回路1
の各行毎に1つずつ設けられている。これらのnMOS
トランジスタのゲート電圧VGGを所定値に制御すること
により、対応する行における各CMOSインバータ11
の出力端子の電位が所定値に固定され、各CMOSイン
バータ11における極大電流値Imaxが所定値に固定さ
れる。
The second circuit 2 is an nMOS transistor functioning as a so-called cascode, and the first circuit 1
, One for each row. These nMOS
By controlling the gate voltage V GG of the transistor to a predetermined value, each CMOS inverter 11 in the corresponding row is controlled.
The potential of the output terminal is fixed to a predetermined value, the maximum current value I max of each CMOS inverter 11 is fixed to a predetermined value.

【0032】第3の回路3は、入力電流に比例した値の
出力電流を生成する、いわゆるカレントミラー回路であ
る。これを配することにより、第2の回路2からの電流
を第4の回路に安定に供給することが可能となる。なお
本例では、図1の如くダイオードバイアス法によるカレ
ントミラー回路を例示する。
The third circuit 3 is a so-called current mirror circuit that generates an output current having a value proportional to the input current. With this arrangement, the current from the second circuit 2 can be stably supplied to the fourth circuit. In this example, a current mirror circuit based on a diode bias method is illustrated as shown in FIG.

【0033】第4の回路4は、図7(c)に示すよう
に、入力するm個の複数の電流I1〜Imから最も大きな
値のものを選択し、選択されたベクトルを特定する回路
であり、電流I1〜Imに対応してそれぞれ1つのnMO
Sトランジスタ12を有して構成されている。
The fourth circuit 4, as shown in FIG. 7 (c), selecting the one of the largest value of m multiple current I 1 ~I m to enter, specifies the selected vector a circuit, each one nMO corresponding to the current I 1 ~I m
It has an S transistor 12.

【0034】この第4の回路4では、各nMOSトランジ
スタ12のゲート電極にレファレンス電圧VREFが共通に
印加されており、各nMOSトランジスタ12のドレイ
ン端子(出力端子13(1)〜13(m))に、それぞれ対応す
る電流I1〜Imが入力される。次に、レファレンス電圧
VREFを図8(a)のように時間とともに単調減少させ
る。この場合、線形である必要はなく、単調減少関数で
あれば図8(b),(c)の如きものでも良い。nMO
Sトランジスタ12の電流駆動能力(出力端子13(1)
13(m)の電荷を引き抜こうとする能力)はレファレンス
電圧VREFによって決まり、レファレンス電圧VREFが高い
方が電流駆動能力も高い。それぞれのnMOSトランジ
スタの駆動能力をI1’〜Im’とすると、レファレンス
電圧VREFが高いうちはI1'>I1, I2'>I2, ..., Im'>Im
あるから、nMOSトランジスタ12に入力された電流I1〜Im
はすべて接地端子へと引き抜かれ、出力端子13(1)〜13
(m)は0Vに保たれる。
In the fourth circuit 4, the reference voltage V REF is commonly applied to the gate electrodes of the nMOS transistors 12, and the drain terminals (output terminals 13 (1) to 13 (m) ) of the nMOS transistors 12 are applied. ), the corresponding current I 1 ~I m is input. Next, the reference voltage
V REF is monotonously reduced with time as shown in FIG. In this case, there is no need to be linear, and a monotonous decreasing function as shown in FIGS. 8B and 8C may be used. nMO
Current drive capability of S transistor 12 (output terminal 13 (1)
13 The ability to be pull out the charges of (m)) is determined by the reference voltage V REF, towards the reference voltage V REF is high is higher current driving capability. Assuming that the driving capabilities of the respective nMOS transistors are I 1 ′ to I m ′, while the reference voltage V REF is high, I 1 ′> I 1 , I 2 ′> I 2 ,..., Im ′> I m Therefore, the currents I 1 to I m input to the nMOS transistor 12 are
Are all pulled out to the ground terminal, and the output terminals 13 (1) to 13
(m) is kept at 0V.

【0035】ここで、I1〜Imの中における最大電流をIk
(1<=k<=m)とする。レファレンス電圧VREFが下がって、n
MOSトランジスタ12の電流駆動能力が低下し、Ik'<Ik
なると13(k)の出力端子のみがデジタル値"0"から"1"に
反転する。また、さらにレファレンス電圧VREFを下げて
いくことにより、2番目、3番目に大きな電流が入力され
ている出力端子13が順に"0"から"1"に反転する。次
段にどの出力端子の信号が最初に反転したかを記憶する
回路14を設けることによりI1〜Imの中で最も大きな電
流を検出することができる。また、インバータなどの増
幅器を用いてさらに"0"、"1"の信号をはっきりと切り
分けることも可能であり、"0"から"1"に反転するの
か、"1"から"0"に反転するのかの選択も可能である。
この回路14の回路の実現方法は例えば多入力OR回路と
レジスタ回路の組み合わせ(図7(a))、またはフリッ
プフロップ((図7(b))を用いた時間差比較回路など
がある。
[0035] Here, the maximum current in the inside of the I 1 ~I m I k
(1 <= k <= m). When the reference voltage V REF decreases, n
When the current drive capability of the MOS transistor 12 decreases and I k ′ <I k , only the output terminal 13 (k) is inverted from the digital value “0” to “1”. Further, by further lowering the reference voltage V REF , the output terminal 13 to which the second and third largest currents are input is sequentially inverted from “0” to “1”. It is possible to detect the largest current in the I 1 ~I m by providing a circuit 14 for storing whether signals which output terminal is initially inverted to the next stage. It is also possible to further separate the signals of "0" and "1" using an amplifier such as an inverter, and to invert from "0" to "1" or to invert from "1" to "0". It is also possible to choose whether to do so.
The circuit 14 can be implemented by, for example, a combination of a multi-input OR circuit and a register circuit (FIG. 7A) or a time difference comparison circuit using a flip-flop (FIG. 7B).

【0036】ここで、この半導体演算装置の動作につい
て説明する。
Here, the operation of the semiconductor arithmetic device will be described.

【0037】先ず、n個の要素からなるベクトルX=
(x1,x2,…,xn)を入力データとし、各要素x1
2,…,xnが入力電圧として第1の回路1を構成する
1〜n列に対応して当該各列のCMOSインバータ11
に印加される。
First, a vector X = n composed of n elements
(X 1 , x 2 ,..., X n ) as input data, and each element x 1 ,
x 2 ,..., x n are input voltages corresponding to the 1st to nth columns constituting the first circuit 1 and the CMOS inverters 11 of the respective columns.
Is applied.

【0038】このとき、k列(k=1〜n)を構成する
各CMOSインバータ11では、各々のテンプレートの
しきい値電圧VTを極大値とするV−I特性曲線に応じ
た第1の電流を生成して出力する。そして、直列接続さ
れた各行毎にn個のCMOSインバータ11の出力電流
が加算されて各電流Ik(k=1〜n)となり、第1の
回路1から出力される。
[0038] In this case, k columns (k = 1 to n) in each of the CMOS inverter 11 constituting the first in response to the V-I characteristic curve which the maximum value the threshold voltage V T of each of the templates Generate and output current. Then, the output currents of the n CMOS inverters 11 are added to each of the series-connected rows to become respective currents I k (k = 1 to n), which are output from the first circuit 1.

【0039】各電流Ikはそれぞれ第2の回路2を経て
第2の電流とされ、更に第3の回路2を経て第3の電流
とされて、第4の回路4にそれぞれ入力する。この第4
の回路4において、前述したWTAの機能により、電流
1〜Imのうち最も大きな値の電流が検出され、そのテ
ンプレートが特定されることになる。
Each of the currents I k is converted into a second current through the second circuit 2, further converted into a third current through the third circuit 2, and input to the fourth circuit 4. This fourth
In the circuit 4, by the function of the WTA described above, it is detected current of the largest value among the current I 1 ~I m, so that the template is specified.

【0040】以上説明したように、本実施形態の半導体
演算装置によれば、複数の要素からなる入力データを電
圧として入力し、当該入力電圧を電流に変換し、入力デ
ータに対して最も評価値(類似度)の高いデータをテンプ
レートT1〜Tmの中から選択して、そのテンプレートベ
クトルを特定する信号をデジタル信号の"0"、または"
1"のフラグによって出力することを可能となる。
As described above, according to the semiconductor computing device of the present embodiment, input data composed of a plurality of elements is input as a voltage, the input voltage is converted into a current, and the input data is most evaluated value. Data having a high (similarity) is selected from the templates T 1 to T m , and a signal specifying the template vector is set to “0” or “
It is possible to output with a flag of "1".

【0041】−変形例− 以下、第1の実施形態における半導体演算装置の諸変形
例について説明する。
-Modifications- Various modifications of the semiconductor arithmetic device according to the first embodiment will be described below.

【0042】(変形例1)本例では、図9に示すよう
に、各CMOSインバータ11の替わりに、pMOSト
ランジスタとnMOSトランジスタとを並列に接続して
なる各回路21をマトリクス状に配して第1の回路1を
構成する。
(Modification 1) In this example, as shown in FIG. 9, instead of each CMOS inverter 11, circuits 21 each having a pMOS transistor and an nMOS transistor connected in parallel are arranged in a matrix. The first circuit 1 is configured.

【0043】この場合、各回路21のV−I特性は、図
10に示すように、しきい値電圧V Tで極小電流値Imin
をとる曲線となる。従って、このCMOSインバータ2
1で第1の回路1を構成する場合には、入力ベクトルX
=(x1,x2,…,xn)に最も近いベクトルとして電
流I1〜Imの中から最も小さい値の電流が選択されるた
め、第4の回路4を電流I1〜Imの中から最も小さい値
の電流を選択するように構成する必要がある。
In this case, the VI characteristics of each circuit 21 are as shown in FIG.
As shown in FIG. TAnd the minimum current value Imin
Is obtained. Therefore, this CMOS inverter 2
1 constitutes the first circuit 1, the input vector X
= (X1, XTwo, ..., xn) As the vector closest to
Style I1~ ImThe current with the smallest value is selected from
Therefore, the current I1~ ImThe smallest value among
Needs to be configured to select the current.

【0044】これを実現するには、図7に示した回路に
おいて、時間に対して単調減少する電圧の代わりに時間
に対して単調増加する電圧を印加すればよい。また、そ
の際出力端子13には"1"から"0"に順次反転する。こ
れを実現するには、たとえば出力端子13の信号を反転
し、多入力OR回路とレジスタを組み合わせた回路を接続
回路(図11(a))、もしくは出力端子13に多入力
NAND回路とレジスタを組み合わせた回路を接続した回路
(図11(b))、フリップフロップ(図11(c))
などで可能である。
In order to realize this, in the circuit shown in FIG. 7, a voltage that monotonically increases with time may be applied instead of a voltage that monotonically decreases with time. At this time, the output terminal 13 sequentially inverts from "1" to "0". To realize this, for example, the signal of the output terminal 13 is inverted, and a circuit in which a multi-input OR circuit and a register are combined is connected to a connection circuit (FIG. 11A) or the multi-input
A circuit in which a circuit combining a NAND circuit and a register is connected (FIG. 11B), a flip-flop (FIG. 11C)
And so on.

【0045】なお、第1の実施形態の半導体演算装置を
構成するCMOSインバータ以外の第2〜4の回路は、
図12に示すように、nMOS,pMOSの論理を反転さ
せても同様に・・・電流I1〜Imの中から最も大きい値の
電流が流れているものを検出する構成とすることができ
る。
Incidentally, the second to fourth circuits other than the CMOS inverter constituting the semiconductor arithmetic device of the first embodiment are as follows.
As shown in FIG. 12, it can be configured to detect what nMOS, the current of largest value from among ... current I 1 ~I m as well by inverting the pMOS logic flows .

【0046】本例の半導体演算装置においても、第1の
実施形態と同様に、複数の要素からなる入力データを電
圧として入力し、当該入力電圧を電流に変換し、入力デ
ータに対して最も類似度の高いデータをテンプレートT1
〜Tmの中から選択して、そのテンプレートを特定する信
号をデジタルの"0"、または"1"のフラグによって出力
することが可能となる。
Also in the semiconductor arithmetic device of this example, similarly to the first embodiment, input data composed of a plurality of elements is input as a voltage, the input voltage is converted into a current, and the input data is most similar to the input data. Template T 1 with high degree of data
~ Tm , and a signal specifying the template can be output by a digital "0" or "1" flag.

【0047】(変形例2)本例では、各CMOSインバ
ータ11の替わりに、量子効果デバイス22をマトリク
ス状に配して第1の回路1を構成する。
(Modification 2) In this example, the first circuit 1 is configured by arranging quantum effect devices 22 in a matrix instead of each CMOS inverter 11.

【0048】量子効果デバイス22は、図13に示すよ
うに、Si半導体基板31上にシリコン酸化膜からなる
ゲート絶縁膜32を介して多結晶シリコン膜からなるゲ
ート電極33がパターン形成され、ゲート電極33の両
側における半導体基板31の表層にイオン注入によるソ
ース34及びドレイン35が形成され、更にソース34
と半導体基板31との間、及びドレイン35と半導体基
板31との間にそれぞれ薄いシリコン酸化膜36が形成
されて構成されている。
In the quantum effect device 22, as shown in FIG. 13, a gate electrode 33 made of a polycrystalline silicon film is pattern-formed on a Si semiconductor substrate 31 via a gate insulating film 32 made of a silicon oxide film. A source 34 and a drain 35 are formed on the surface layer of the semiconductor substrate 31 on both sides of the source substrate 33 by ion implantation.
And the semiconductor substrate 31 and between the drain 35 and the semiconductor substrate 31, respectively.

【0049】量子効果デバイス22によるV−I特性
は、図14に示すように、シリコン酸化膜36を設けた
ことによる共鳴特性により、図示の如く極大値を有する
曲線となる。本例では、この特性を利用してCMOSイ
ンバータ11と同様に第1の回路1を構成する。
As shown in FIG. 14, the VI characteristic of the quantum effect device 22 becomes a curve having a maximum value as shown in FIG. 14 due to the resonance characteristic due to the provision of the silicon oxide film 36. In this example, the first circuit 1 is configured similarly to the CMOS inverter 11 using this characteristic.

【0050】本例の半導体演算装置によれば、第1の実
施形態の半導体演算装置の奏する諸効果に加え、単体の
デバイスによりCMOSインバータと同様の特性を得る
ことができ、しかもCMOSインバータと異なりデバイ
スが微小化されるほど量子効果が顕著となって当該特性
が際立つため、装置の小型化・微細化に資することにな
る。
According to the semiconductor computing device of this embodiment, in addition to the effects of the semiconductor computing device of the first embodiment, the same characteristics as those of the CMOS inverter can be obtained by a single device. As the device is miniaturized, the quantum effect becomes more remarkable and the characteristics become more prominent, which contributes to miniaturization and miniaturization of the device.

【0051】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態について説明する。図15は、本実施形態の半
導体演算装置における第1〜第3の回路の主要構成を示
す模式図である。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is a schematic diagram showing a main configuration of the first to third circuits in the semiconductor arithmetic device of the present embodiment.

【0052】本実施形態では、入力データとなる入力ベ
クトルX=(x1,x2,…,xn)の各要素のうち、所
定の要素に重み付けを行なう。具体的には、第1の回路
を構成する各CMOSインバータ11毎に第2の回路2
であるnMOSトランジスタを配し、各列毎にゲート電
圧が共通となるようにVGG1〜VGGnを印加する。ここ
で、所望列(k列)のCMOSインバータ11のゲート
電圧VGGkを他の列に比して大きく、或いは小さく調節
することにより、所望の要素(入力電圧)xkに重み付
けをすることができる。
In this embodiment, a predetermined element is weighted among the elements of the input vector X = (x 1 , x 2 ,..., X n ) as the input data. Specifically, the second circuit 2 is provided for each CMOS inverter 11 constituting the first circuit.
Are applied, and V GG1 to V GGn are applied so that the gate voltage is common to each column. Here, the desired element (input voltage) x k can be weighted by adjusting the gate voltage V GGk of the CMOS inverter 11 in the desired column (k column) to be larger or smaller than the other columns. it can.

【0053】この構成により、例えば、発明が解決しよ
うとする課題の欄における説明を援用すれば、多数のリ
ンゴの中から所望の条件に最も適合するリンゴを選択す
る場合、色、形、大きさ、重量の4要素うち、特に形を
重要視するときには、形に相当する要素xkに上記のよ
うに重み付けすれば、形に対する重要度の高い最適なテ
ンプレートが選択されることになる。
With this configuration, for example, if the description in the section of the problem to be solved by the invention is cited, when selecting an apple that best meets desired conditions from a large number of apples, the color, shape, and size are selected. Of the four elements of weight, when the shape is particularly important, if an element x k corresponding to the shape is weighted as described above, an optimal template having a high degree of importance for the shape will be selected.

【0054】実際に、本実施形態の半導体演算装置を作
製し、CMOSインバータ11に接続された第2の回路
2のゲート電圧VGGを変化させてみたところ、図16に
示すように、VGGの大きさに対応して極大電流値Imax
が十分判定可能な程度に変化することが判った。なおこ
の場合、図5、図6で説明した手法により、しきい値電
圧VTを調節することができることは言うまでもない。
[0054] In fact, to prepare a semiconductor computing device of the present embodiment, when it tries to change the gate voltage V GG of the second circuit 2 connected to the CMOS inverter 11, as shown in FIG. 16, V GG maximum current value I max corresponding to the size
Changed to such an extent that it could be judged sufficiently. It should be noted that in this case, 5, by the method described with reference to FIG. 6, it is of course possible to adjust the threshold voltage V T.

【0055】第2の回路2は、重み付けをおこなうだけ
でなく、第1の回路1の出力端子電位を所定の電位に固
定する効果がある。特に量子効果デバイスを用いた場
合、ソース、ドレイン間の電圧が変化すると量子状態が
壊れてしまい、演算特性そのものが変化してしまう。そ
のため、カスコードトランジスタを付加し、電位を固定
することはこの半導体演算装置において今までにない多
大なる効果を発揮する。
The second circuit 2 has the effect of not only performing weighting but also fixing the output terminal potential of the first circuit 1 to a predetermined potential. In particular, when a quantum effect device is used, when the voltage between the source and the drain changes, the quantum state is broken, and the operation characteristics themselves change. For this reason, adding a cascode transistor and fixing the potential exerts an unprecedented great effect in this semiconductor arithmetic device.

【0056】以上説明したように、本実施形態の半導体
演算装置によれば、複数の要素からなる入力データを電
圧として入力し、当該入力電圧を電流に変換し、入力デ
ータに最も近いデータをテンプレートT1〜Tmの中から
選択して電流として出力することを比較的簡素な構成で
実現するに際して、データを構成する要素毎にきめ細か
く重要度を可変に付加してデータを選択することがで
き、実世界における膨大且つ曖昧な要求に可及的に応え
ることが可能となる。
As described above, according to the semiconductor arithmetic device of the present embodiment, input data composed of a plurality of elements is input as a voltage, the input voltage is converted into a current, and data closest to the input data is converted into a template. When selecting from T 1 to T m and outputting as a current with a relatively simple configuration, it is possible to select data by finely and variably adding importance to each element constituting data. It is possible to respond as much as possible to the vast and vague requirements in the real world.

【0057】−変形例− ここで、第2の実施形態における半導体演算装置の変形
例について説明する。本例では、図17に示すように、
第1の回路を構成する各CMOSインバータ11毎に、
第2の回路2であるnMOSトランジスタのみならず、
カレントミラー回路である第3の回路3をも配する。
-Modification- Here, a modification of the semiconductor arithmetic device according to the second embodiment will be described. In this example, as shown in FIG.
For each CMOS inverter 11 constituting the first circuit,
Not only the nMOS transistor, which is the second circuit 2,
A third circuit 3, which is a current mirror circuit, is also provided.

【0058】この構成により、第2の実施形態による半
導体演算装置の奏する諸効果に加え、各CMOSインバ
ータ11の出力電流を極めて安定とすることができる。
With this configuration, in addition to various effects achieved by the semiconductor arithmetic device according to the second embodiment, the output current of each CMOS inverter 11 can be extremely stabilized.

【0059】(第3の実施形態)次に、本発明の第3の
実施形態について説明する。図18は、本実施形態の半
導体演算装置における第1〜第3の回路の主要構成を示
す模式図である。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 18 is a schematic diagram showing a main configuration of the first to third circuits in the semiconductor arithmetic device of the present embodiment.

【0060】本実施形態では、入力データとなる入力ベ
クトルX=(x1,x2,…,xn)の各要素のうち、所
定の要素に対応するCMOSインバータ11のV−I特
性曲線の(半値)幅、即ち当該曲線のシャープネスを変
化させる。
In the present embodiment, of the elements of the input vector X = (x 1 , x 2 ,..., X n ) as input data, the VI characteristic curve of the CMOS inverter 11 corresponding to a predetermined element is obtained. (Half value) width, that is, the sharpness of the curve is changed.

【0061】具体的には、第1の回路を構成する各CM
OSインバータ11毎に可変キャパシタ41を配する。
この可変キャパシタ41は、例えば演算特性のシャープ
ネスを2n種類用意する場合を例に取ればn個のキャパシ
タを容量比1,2,4,…, 2nのn個で構成し、それぞれの導
電膜にスイッチ42を2個ずつ設け、これらの導電膜の
各々にVinを印加できるように構成する。この場合、一
方のスイッチ42にはVinが、他方のスイッチ42には
CMOSインバータ11の出力を回帰させるように構成
する。1つの導電膜に接続されているスイッチ42のう
ち、どちらか一方のみを選択することにより、電圧Vin
と回帰電圧Vfbの割合を変化させる。Vin:Vfb=2n-1:0〜
0: 2n-1まで可変とすることができる。例えばn=4でVin:
Vfb=12:3の比を構成するのであれば、4,8の面積比の導
電膜にVinを印加し、1,2の導電膜に回帰電圧Vfbを印
加するようにスイッチを設定すればよい。また、いつの
導電膜に接続されるスイッチ42は同時に2つがオンさ
れることはないが、両方ともオフするとその導電膜の影
響を無視することができるので、Vin:Vfb=p:q(p+q<2n
p,qは自然数)を満たす任意の電圧Vinと回帰電圧Vfbの
割合が得られる。
More specifically, each CM constituting the first circuit
A variable capacitor 41 is provided for each OS inverter 11.
The variable capacitor 41, for example the sharpness of the operational characteristics 2 n kinds Taking as an example the case of preparing n capacitors the capacitance ratio 1,2,4, ..., constituted by n 2 n, respective conductive Two switches 42 are provided on the film so that Vin can be applied to each of these conductive films. In this case, Vin is applied to one switch 42 and the output of the CMOS inverter 11 is returned to the other switch 42. By selecting only one of the switches 42 connected to one conductive film, the voltage Vin
And the ratio of the regression voltage Vfb. Vin: Vfb = 2 n -1: 0 ~
0: can be variable up to 2 n -1. For example, Vin = n = 4
If a ratio of Vfb = 12: 3 is configured, a switch may be set so that Vin is applied to the conductive film having an area ratio of 4,8 and the regression voltage Vfb is applied to the conductive films of 1,2. . When two switches 42 connected to a conductive film are not turned on at the same time, when both switches are turned off, the effect of the conductive film can be ignored, so that Vin: Vfb = p: q (p + q <2 n ,
The ratio between an arbitrary voltage Vin and a return voltage Vfb satisfying (p and q are natural numbers) is obtained.

【0062】実際に、本実施形態の半導体演算装置を作
製し、CMOSインバータ11に接続された可変キャパ
シタ41及びスイッチ42によりVin:Vfbを変化させ
てみたところ、図19に示すように、シャープネスが十
分判定可能な程度に変化することが判った。
Actually, when the semiconductor arithmetic device of the present embodiment was fabricated and V in : V fb was changed by the variable capacitor 41 and the switch 42 connected to the CMOS inverter 11, as shown in FIG. It was found that the sharpness changed to an extent that it could be judged sufficiently.

【0063】前記特性曲線のシャープネスを変化させる
第2の方法としては、図20(a)に示すように、CM
OSインバータ11毎にゲイン(増幅度)可変の線形増幅
器42を配する。この線形増幅器42は例えば演算増幅
器を用いた線形増幅器、可変抵抗による電圧の抵抗分
割、可変容量による電圧の容量分割などがある。
As a second method for changing the sharpness of the characteristic curve, as shown in FIG.
A linear amplifier 42 having a variable gain (amplification degree) is provided for each OS inverter 11. The linear amplifier 42 includes, for example, a linear amplifier using an operational amplifier, resistance division of a voltage by a variable resistor, and capacitance division of a voltage by a variable capacitor.

【0064】図18,図20(a)に示した回路では、
シャープネスをよりなだらかにする方法のみが述べられ
ているが、図20(b)に示すように、CMOSインバ
ータを直列に接続することによって、よりシャープにす
ることも可能である。
In the circuits shown in FIGS. 18 and 20 (a),
Although only a method for making the sharpness more gentle is described, as shown in FIG. 20B, it is possible to make the sharpness even more by connecting CMOS inverters in series.

【0065】以上説明したように、本実施形態の半導体
演算装置によれば、複数の要素からなる入力データを電
圧として入力し、当該入力電圧を電流に変換し、入力デ
ータに最も近いデータをテンプレートT1〜Tmの中から
選択して電流として出力することを比較的簡素な構成で
実現するに際して、データを構成する要素毎にきめ細か
く厳格さを可変に付加してデータを選択することがで
き、実世界における膨大且つ曖昧な要求に可及的に応え
ることが可能となる。
As described above, according to the semiconductor processing device of the present embodiment, input data composed of a plurality of elements is input as a voltage, the input voltage is converted into a current, and data closest to the input data is converted into a template. When selecting from T 1 to T m and outputting as a current with a relatively simple configuration, it is possible to select data by finely and strictly adding strictness to each element constituting data. It is possible to respond as much as possible to the vast and vague requirements in the real world.

【0066】なお、本発明は第1〜第3の実施形態に限
定されるものではない。例えば、第2の実施形態の構成
に第3の実施形態の構成を付加、即ち第1の回路1を構
成する各CMOSインバータ11毎(入力ベクトルXの
各要素xk毎)に、重み付けとともにシャープネスを変
化させたり、第2の実施形態の変形例の構成に第3の実
施形態の構成を付加、即ち第1の回路1を構成する各C
MOSインバータ11毎(入力ベクトルXの各要素xk
毎)に、重み付けとともにシャープネスを変化させると
ともに、各第3の回路3により出力の安定化を図るよう
にしても好適である。
The present invention is not limited to the first to third embodiments. For example, the configuration of the third embodiment is added to the configuration of the second embodiment, that is, for each CMOS inverter 11 (each element x k of the input vector X) constituting the first circuit 1, weighting and sharpness are added. Or the configuration of the third embodiment is added to the configuration of the modified example of the second embodiment, that is, each C constituting the first circuit 1 is changed.
For each MOS inverter 11 (each element x k of input vector X)
In each case, it is preferable that the sharpness is changed together with the weighting, and the output of each third circuit 3 is stabilized.

【0067】[0067]

【発明の効果】本発明の半導体演算装置によれば、複数
の要素からなる入力データを電圧として入力し、当該入
力電圧を電流に変換し、これに対して所定の関係にある
データを選択して電流として出力することが可能とな
る。
According to the semiconductor arithmetic device of the present invention, input data composed of a plurality of elements is input as a voltage, the input voltage is converted into a current, and data having a predetermined relationship with the current is selected. Output as a current.

【0068】更に、データを構成する要素毎にきめ細か
く重要度や厳格さを可変に付加してデータを選択するこ
とができ、実世界における膨大且つ曖昧な要求に可及的
に応えることが可能となる。
Further, it is possible to select data by variably adding importance and strictness to each element constituting the data, and it is possible to respond to the huge and vague requirements in the real world as much as possible. Become.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態の半導体演算装置の主
要構成を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a main configuration of a semiconductor processing device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施形態の半導体演算装置の構成要素で
ある第1の回路を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a first circuit that is a component of the semiconductor arithmetic device according to the first embodiment;

【図3】第1の回路を構成する各CMOSインバータの
V−I特性図である。
FIG. 3 is a VI characteristic diagram of each CMOS inverter constituting the first circuit.

【図4】第1の回路を構成する各回路の他の例を示す模
式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing another example of each circuit constituting the first circuit.

【図5】一時的にテンプレートを記憶する構成例を示す
模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration example for temporarily storing a template.

【図6】半永久的にテンプレートを記憶する構成例を示
す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration example of storing a template semi-permanently.

【図7】第1の実施形態の半導体演算装置の構成要素で
ある第4の回路を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a fourth circuit that is a component of the semiconductor arithmetic device according to the first embodiment;

【図8】第1の実施形態の半導体演算装置の構成要素で
ある第4の回路におけるレファレンス電圧の時間変化を
示す特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram illustrating a temporal change of a reference voltage in a fourth circuit which is a component of the semiconductor arithmetic device according to the first embodiment;

【図9】第1の実施形態における半導体演算装置の変形
例1の第1の回路を構成する各CMOSインバータを示
す模式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating each CMOS inverter forming a first circuit of Modification Example 1 of the semiconductor arithmetic device according to the first embodiment;

【図10】変形例1の第1の回路を構成する各CMOS
インバータのV−I特性図である。
FIG. 10 shows each CMOS constituting the first circuit of the first modification.
It is a VI characteristic diagram of an inverter.

【図11】変形例1の第1の回路を構成する回路の他の
例を示す模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing another example of a circuit constituting the first circuit of the first modification.

【図12】変形例1の第1の回路を構成する回路の更に
他の例を示す模式図である。
FIG. 12 is a schematic diagram showing still another example of the circuit configuring the first circuit of the first modification.

【図13】第1の実施形態における半導体演算装置の変
形例2の第1の回路を構成する各量子効果デバイスの主
要構成を示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a main configuration of each quantum effect device included in a first circuit of Modification Example 2 of the semiconductor arithmetic device according to the first embodiment.

【図14】変形例2の第1の回路を構成する各各量子効
果デバイスのV−I特性図である。
FIG. 14 is a VI characteristic diagram of each quantum effect device included in the first circuit of Modification Example 2.

【図15】本発明の第2の実施形態の半導体演算装置に
おける第1〜第3の回路の主要構成を示す模式図であ
る。
FIG. 15 is a schematic diagram showing a main configuration of first to third circuits in a semiconductor arithmetic device according to a second embodiment of the present invention.

【図16】作製した第2の実施形態の半導体演算装置に
よるゲート電圧VGGと極大電流値Imaxとの関係を調べ
た実験結果を示す特性図である。
FIG. 16 is a characteristic diagram showing an experimental result obtained by examining a relationship between a gate voltage V GG and a maximum current value I max by the manufactured semiconductor arithmetic device of the second embodiment.

【図17】第2の実施形態における半導体演算装置の変
形例の第1〜第3の回路を示す模式図である。
FIG. 17 is a schematic diagram showing first to third circuits of a modified example of the semiconductor arithmetic device according to the second embodiment;

【図18】本発明の第3の実施形態の半導体演算装置に
おける第1〜第3の回路の主要構成を示す模式図であ
る。
FIG. 18 is a schematic diagram showing a main configuration of first to third circuits in a semiconductor processing device according to a third embodiment of the present invention.

【図19】作製した第3の実施形態の半導体演算装置に
よるVin:Vfbとシャープネスとの関係を調べた実験結
果を示す特性図である。
FIG. 19 is a characteristic diagram showing an experimental result obtained by examining a relationship between V in : V fb and sharpness by the manufactured semiconductor arithmetic device of the third embodiment.

【図20】本発明の第3の実施形態の他の例を示す模式
図である。
FIG. 20 is a schematic diagram showing another example of the third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1の回路 2 第2の回路 3 第3の回路 4 第4の回路 11,14,212CMOSインバータ 12nMOSトランジスタ 13 キャパシタ 21 回路 22 量子効果デバイス 31 Si半導体基板 32 ゲート絶縁膜 33 ゲート電極 34 ソース 35 ドレイン 36 シリコン酸化膜 41 可変キャパシタ 42 スイッチ 1 First circuit 2 Second circuit 3 Third circuit 4 Fourth circuit 11,14,212 CMOS inverter 12nMOS transistor 13 Capacitor 21 circuits 22 Quantum Effect Devices 31 Si semiconductor substrate 32 Gate insulating film 33 Gate electrode 34 sources 35 drain 36 Silicon oxide film 41 Variable capacitor 42 switch

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06G 7/60 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G06G 7/60

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数のベクトルをデータ群として保持し
ており、入力ベクトルに対応して所定の条件を満たすベ
クトルを前記データ群中から選択する半導体演算装置で
あって、 少なくとも1つの電圧入力に対して第1の電流を出力す
る回路であって、所定の入力電圧値に対して前記第1の
電流値が少なくとも1つの極大値又は極小値をとる回路
を少なくとも1つ有する第1の回路と、 前記第1の回路における前記第1の電流の出力端子の電
位を所定値に制御し、第2の電流を出力する第2の回路
と、 前記第2の電流又は複数の前記第2の電流を総和した電
流を1つの入力電流として受ける回路であって、複数の
前記入力電流の中から最大値又は最小値のものを特定す
る機能を有する第3の回路とを備えたことを特徴とする
半導体演算装置。
1. A semiconductor processing device which holds a plurality of vectors as a data group and selects a vector satisfying a predetermined condition from the data group corresponding to an input vector, wherein at least one voltage input is A first circuit for outputting a first current to the first circuit, the first circuit having at least one circuit in which the first current value takes at least one local maximum value or a local minimum value for a predetermined input voltage value; A second circuit that controls a potential of an output terminal of the first current in the first circuit to a predetermined value and outputs a second current; and the second current or a plurality of the second currents And a third circuit having a function of specifying a maximum value or a minimum value from among the plurality of input currents. Semiconductor computing device.
【請求項2】 前記第2の回路と前記第3の回路との間
に、前記第2の電流又は複数の前記第2の電流を総和し
た電流に対して所定の関係にある第3の電流を生成する
第4の回路を更に備え、 前記第3の回路は、前記第3の電流又は複数の前記第3
の電流を総和した電流を1つの入力電流として受けるこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体演算装置。
2. A third current having a predetermined relationship between the second circuit and the third circuit with respect to the second current or a current obtained by summing a plurality of the second currents. And a third circuit for generating the third current or a plurality of the third currents.
2. The semiconductor arithmetic device according to claim 1, wherein a current obtained by summing the currents is received as one input current.
【請求項3】 前記第1の回路を構成する前記各回路
は、nMOSトランジスタとpMOSトランジスタとを
直列又は並列に接続してなる回路であることを特徴とす
る請求項1又は2に記載の半導体演算装置。
3. The semiconductor according to claim 1, wherein each of the circuits constituting the first circuit is a circuit in which an nMOS transistor and a pMOS transistor are connected in series or in parallel. Arithmetic unit.
【請求項4】 前記第1の回路を構成する前記各回路
は、1つのMOSトランジスタであり、ソースチャネル
間及びドレインチャネル間にトンネル障壁を有する量子
効果デバイスであることを特徴とする請求項1又は2に
記載の半導体演算装置。
4. The device according to claim 1, wherein each of the circuits constituting the first circuit is a single MOS transistor, and is a quantum effect device having a tunnel barrier between a source channel and a drain channel. Or the semiconductor arithmetic device according to 2.
【請求項5】 前記第1の回路は、マトリクス状に行と
列をなして配された回路であって、各行が前記データ群
を構成する各ベクトルに対応し、各列は前記ベクトルの
各要素に対応するように設置されていることを特徴とす
る請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体演算装
置。
5. The first circuit is a circuit arranged in rows and columns in a matrix, wherein each row corresponds to each vector constituting the data group, and each column corresponds to each vector of the vector. The semiconductor arithmetic device according to claim 1, wherein the semiconductor arithmetic device is provided so as to correspond to the elements.
【請求項6】 前記第2の回路が前記第1の回路それぞれ
に付加されていることを特徴とする請求項5に記載の半
導体演算装置。
6. The semiconductor arithmetic device according to claim 5, wherein said second circuit is added to each of said first circuits.
【請求項7】 前記第4の回路が前記第1の回路それぞれ
に付加されていることを特徴とする請求項1〜6のいず
れか1項に記載の半導体演算装置。
7. The semiconductor arithmetic device according to claim 1, wherein said fourth circuit is added to each of said first circuits.
【請求項8】 前記第2の回路は、前記第1の電流の出力
端子の電位を所定値に制御するための電圧入力端子を有
しており、前記入力端子に加えられる信号が各列毎に共
通の信号線によって共有されていることを特徴とする請
求項6又は7に記載の半導体演算装置。
8. The second circuit has a voltage input terminal for controlling a potential of an output terminal of the first current to a predetermined value, and a signal applied to the input terminal is provided for each column. 8. The semiconductor arithmetic device according to claim 6, wherein the semiconductor arithmetic device is shared by a common signal line.
【請求項9】 前記第2の回路は、前記第1の回路の各
列毎にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項
5に記載の半導体演算装置。
9. The semiconductor arithmetic device according to claim 5, wherein said second circuit is provided for each column of said first circuit.
【請求項10】 前記第1の回路に、前記極大値又は前
記極小値を中心とする電圧−電流の特性関数のシャープ
ネスを可変とする手段が設けられていることを特徴とす
る請求項5〜9のいずれか1項に記載の半導体演算装
置。
10. The apparatus according to claim 5, wherein said first circuit is provided with means for varying the sharpness of a voltage-current characteristic function centered on said maximum value or said minimum value. 10. The semiconductor arithmetic device according to any one of items 9 to 9.
【請求項11】 前記可変手段は、前記第1の回路を構
成する前記各回路の入力端子に線形増幅回路を有し、前
記線形増幅回路に入力電圧が印加され、出力を前記各回
路の入力端子に入力することを特徴とする請求項10に
記載の半導体演算装置。
11. The variable means has a linear amplifier circuit at an input terminal of each of the circuits constituting the first circuit, an input voltage is applied to the linear amplifier circuit, and an output is input to each of the circuits. 11. The semiconductor arithmetic device according to claim 10, wherein the input is made to a terminal.
【請求項12】 前記可変手段は、前記第1の回路を構
成する前記各回路の出力を回帰させる容量可変のキャパ
シタであることを特徴とする請求項10に記載の半導体
演算装置。
12. The semiconductor computing device according to claim 10, wherein said variable means is a variable-capacitance capacitor for regressing an output of each of said circuits constituting said first circuit.
【請求項13】 前記第3の回路は、同一の導電型を持
つ複数のトランジスタから構成されており、それらのゲ
ート電極全てに共通の参照電圧を印加でき、それぞれの
トランジスタのドレイン端子を電圧出力端子とすること
を特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の半
導体演算装置。
13. The third circuit is composed of a plurality of transistors having the same conductivity type, a common reference voltage can be applied to all of the gate electrodes, and a voltage output terminal of each transistor is output. 13. The semiconductor arithmetic device according to claim 1, wherein the semiconductor arithmetic device is a terminal.
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