JP7124498B2 - ニューラルネットワーク回路 - Google Patents
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Description
以下、第1実施形態について説明する。図4に示すニューラルネットワーク回路のアナログ積和演算回路1は、入力データData_inをD/Aコンバータ2により電圧変換する。変換された電圧はドライブアンプ3を介してメモリスタクロスバー回路4に印加される。ドライブアンプ3は駆動アンプに相当する。メモリスタクロスバー回路4は、メモリスタG11~G42,…を記憶素子とするもので、複数の記憶素子を格子状に配置して構成されており、記憶部に相当する。
Vdiff1=k{Vin1(G11-G21)+Vin2(G12-G22)}
<非特許文献2>“Advancing Memristive Analog Neuromorphic Networks : Increasing Complexity, and Coping with Imperfect Hardware Components" arXiv:1611.04465
・図3に示すように、A/Dコンバータ7を逐次比較型ADCとする。
・逐次比較型ADCに内蔵されているD/Aコンバータを、次層のアナログ積和演算回路1がメモリスタクロスバー回路4にデータを入力するためにも使用する。
・内蔵されているD/Aコンバータを、差動アンプのオフセット補正にも用いる。そのための構成も、逐次比較型ADCに内蔵する。以下、上記構成の詳細について説明する。
f(x)=max(0,x) …(1)
そして、ラッチ/プーリング演算部22は、ReLU演算部21より入力されるデータをラッチして、プーリング演算を行う。
差動アンプ6の入力側に発生するオフセット電圧を補正するモードである。クロスバー回路4の出力が無信号の状態で、スイッチSW20~SW23をオンさせて差動アンプ6を動作させる。トラック/ホールド回路15はトラック状態として、差動アンプ6の出力電圧をコンパレータ16の非反転入力端子に入力する。
逐次比較型ADCとしての動作を行う。スイッチSW20~SW23はオンさせて差動アンプ6を動作させる。スイッチSW1をオフ,スイッチSW2をオンにして、コンパレータ16の反転入力端子に、DAC出力であるドライブアンプ14の出力電圧を入力する。スイッチSW10はオフ,スイッチSW11はオン,スイッチSW12はオフさせて、オフセットレジスタ19に格納されているデータに相当するオフセット電圧を、差動アンプ6の反転入力端子に入力し、オフセット補正を行う。
次層のアナログ積和演算回路1に演算結果を入力する。スイッチSW20~SW23をオフして差動アンプ6をオフさせる。スイッチSW1をオン,スイッチSW2をオフにして、ドライバアンプ14とコンパレータ16との接続を遮断する。そして、スイッチSW10及びSW11をオフ、スイッチSW12をオンして、プーリング処理したデータを、次層のアナログ積和演算回路1のクロスバー回路4に書き込む。次層のアナログ積和演算回路1において、ドライブアンプ3のオフセット補正を行う場合は基準電圧を出力する。
以下、第1実施形態と同一部部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図6に省略的に示すように、第2実施形態のアナログ積和演算回路31は、共通のD/Aコンバータ2とA/Dコンバータ7との間に、複数,例えば9個のクロスバー回路4を備えている。すなわち、D/Aコンバータ2の出力端子は、全てのクロスバー回路4の電圧入力端子に接続されており、A/Dコンバータ7の入力端子は、全てのクロスバー回路4の電流出力端子に接続されている。
第3実施形態は、第2実施形態のように大規模な演算を行うための別の構成を示す。第2実施形態では、個々のクロスバー回路4による積和演算結果を、A/D変換後のデジタル領域で加算している。この繰り返し演算によって信号処理時間が長引くことが問題となる。
活性化関数には、ランプ関数以外を用いても良い。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
Claims (5)
- 可変抵抗素子であるメモリスタを記憶素子として、複数の記憶素子を格子状に結合してなる1つ以上の記憶部(4)と、
この記憶部の複数の電圧入力端子に、信号電圧を印加するようにデータが入力される複数のD/Aコンバータ(2,13)と、
これら複数のD/Aコンバータと、前記複数の電圧入力端子との間に接続される複数の駆動アンプ(3)と、
前記記憶部の電流出力端子に接続され、前記電流出力端子に流れる電流を電圧に変換して出力する複数のI/V変換アンプ(5,14)と、
これら複数のI/V変換アンプを介して変換された信号電圧をA/D変換する複数のA/Dコンバータとからなる演算ユニット(1,31,41)を複数備え、
前記A/Dコンバータは、抵抗ストリングス型の内蔵D/Aコンバータ(13)を有する逐次比較型であり、
前記内蔵D/Aコンバータは、前記記憶部を用いて行われた演算結果の信号電圧を、次層の演算ユニットの記憶部に対応して設けられている複数の駆動アンプに対して印加する状態で、使用可能に構成されているニューラルネットワーク回路。 - 対を成す2つのI/V変換アンプ(5)の出力について差動演算を行う差動アンプ(6)を備え、
前記A/Dコンバータは、前記差動アンプの出力電圧をA/D変換し、
前記内蔵D/Aコンバータの出力端子は、前記差動アンプに基準電圧を付与するように切り換え可能に構成され、
前記記憶部の電圧入力端子に信号電圧を印加しない状態で前記差動アンプより出力されるオフセット電圧を、前記A/DコンバータによりA/D変換したデータが記憶されるオフセットレジスタ(19)を備える請求項1記載のニューラルネットワーク回路。 - 前記演算ユニット(31)は、前記記憶部を複数備え、
前記記憶部の1つを選択して入力側のD/Aコンバータにより信号電圧を印加し、出力される信号電圧を前記A/DコンバータによりA/D変換し、
前記A/Dコンバータの出力側において、各記憶部の演算結果を累算する請求項1又は2記載のニューラルネットワーク回路。 - 前記演算ユニット(41)は、前記記憶部を複数備え、
前記複数の記憶部と前記A/Dコンバータとの間にアナログ回路で構成される加算器(6)を備え、
前記A/Dコンバータは、前記加算器の加算結果をA/D変換する請求項1又は2記載のニューラルネットワーク回路。 - 前記A/Dコンバータの出力側において、各演算ユニットの演算結果を累算する請求項4記載のニューラルネットワーク回路。
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