JPH0363996A - Programmable associative memory by thin film transistor - Google Patents

Programmable associative memory by thin film transistor

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JPH0363996A
JPH0363996A JP1197921A JP19792189A JPH0363996A JP H0363996 A JPH0363996 A JP H0363996A JP 1197921 A JP1197921 A JP 1197921A JP 19792189 A JP19792189 A JP 19792189A JP H0363996 A JPH0363996 A JP H0363996A
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JP
Japan
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thin film
film transistor
memory
coupling
synaptic
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JP1197921A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyasu Yamada
裕康 山田
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Casio Computer Co Ltd
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Casio Computer Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To easily execute integration and to increase the number of neutrons by forming a thin film transistor for drive and a thin film transistor for memory on the same insulated substrate for the respective coupling elements of a synapse coupling part. CONSTITUTION:For the respective coupling elements of the synapse coupling part 1, the thin film transistor for drive and the thin film transistor for memory are formed on the same insulated substrate. Namely, to a line where (i)th data INi of the synapse coupling part 1 are inputted, outputs Oj, Oj+1... of the neurons in all the lines are fed back and inputted through coupling elements K1-K5 as exciting or suppressing data. Further, the coupling element K1, to which the (i)th data INi are inputted, is composed of the thin film transistor ST1 for drive and the thin film transistor MT1 for memory. For the thin film transistor ST1 for drive, a Vdd voltage is supplied to a drain electrode and the input data INi are inputted to a gate electrode. Thus, the integration is made easy and the number of the neurons can be increased.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、薄膜トランジスタによるプログラマブル連想
メモリに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a programmable content addressable memory using thin film transistors.

(2) 興奮性結合素子及び抑制性結合素子か   [
従来の技術]らなり、入力データを記憶するシナプス結
合部長   近年、次世代コンピュータとして、人間の
神経びこのシナプス結合部から読出されるデータの信 
 回路に学んだ高度並列分散処理型のニューロコンピユ
ータが研究されている。
(2) Excitatory coupling elements and inhibitory coupling elements [
Conventional technology] A synaptic connection section that stores input data In recent years, next-generation computers have developed a system for storing data read from the synaptic connections of human nerves.
Neurocomputers with highly parallel distributed processing based on circuits are being researched.

上記ニューロコンピュータにおいては、プログラマブル
連想メモリが使用されるが、従来ではSt(シリコン)
ウェハ上に形成した EEPROMを使用して上記プログラマブル連想メモリ
を構成している。
In the above neurocomputer, a programmable associative memory is used, but in the past, St (silicon)
The programmable content addressable memory is constructed using an EEPROM formed on a wafer.

[発明が解決しようとする課題] しかし、上記従来のようにSiウェハ上に形成したEE
PROMを使用してプログラマブル連想メモリを構成し
た場合、大容量化及び多層配線化の際の歩留り低下が問
題となり、ニューロン数を増加させることが困難であっ
た。また、ニューロン数を増加しようとすると、必然的
にウェハーサイズLSIとなってしまい、コストが高く
なるという問題を生じる。
[Problem to be solved by the invention] However, the EE formed on a Si wafer as in the above conventional
When a programmable associative memory is configured using PROM, there is a problem of a decrease in yield when increasing the capacity and multilayer wiring, and it is difficult to increase the number of neurons. Furthermore, if an attempt is made to increase the number of neurons, a wafer-sized LSI will inevitably be required, resulting in a problem of increased cost.

また、従来では結合強度を設定する場合、外部コンピュ
ータで結合強度を計算させてメモリ素子に書込むように
しており、このため結合強度の設定が非常に面倒であっ
た。
Furthermore, conventionally, when setting the coupling strength, an external computer calculates the coupling strength and writes it into a memory element, which makes setting the coupling strength extremely troublesome.

本発明は上゛記実情に鑑みてなされたもので、ニューロ
ン数を容易に増大でき、また、記憶させるデータに応じ
て結合強度を自動的に設定し得る薄膜トランジスタによ
るプログラマブル連想メモリを提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a programmable associative memory using thin film transistors that can easily increase the number of neurons and automatically set the coupling strength according to the data to be stored. purpose.

[課題を解決するための手段及び作用]本発明は、興奮
性結合素子及び抑制性結合素子からなり、入力データを
記憶するシナプス結合部及びこのシナプス結合部から読
出されるデータの信号レベルを設定レベルまで増幅して
出力するニューロン部を備えたプログラマブル連想メモ
リにおいて、上記シナプス結合部の各結合素子を駆動用
薄膜トランジスタ及びメモリ用薄膜トランジスタを同一
絶縁基板上に形成するようにしたものである。
[Means and effects for solving the problem] The present invention comprises an excitatory coupling element and an inhibitory coupling element, and sets a synaptic coupling part that stores input data and a signal level of data read from this synaptic coupling part. In a programmable associative memory equipped with a neuron section that amplifies and outputs the amplified signal up to a certain level, each coupling element of the synaptic coupling section is configured such that a driving thin film transistor and a memory thin film transistor are formed on the same insulating substrate.

上記のようにシナプス結合部の各結合素子を駆動用薄膜
トランジスタ及びメモリ用薄膜トランジスタにより形成
することにより、集積化が容易となり、ニューロン数を
増大することができ・る。
As described above, by forming each coupling element of the synaptic coupling portion with a driving thin film transistor and a memory thin film transistor, integration becomes easy and the number of neurons can be increased.

また、本発明は、プログラマブル連想メモリにおいて、
上記シナプス結合部の結合強度を、記憶させるデータに
応じて各結合素子におけるメモリ用薄膜トランジスタの
チャンネル抵抗値として書込む結合強度設定手段を備え
たことを特徴としている。
Further, the present invention provides a programmable associative memory,
The present invention is characterized by comprising a coupling strength setting means for writing the coupling strength of the synaptic coupling portion as the channel resistance value of the memory thin film transistor in each coupling element in accordance with the data to be stored.

上記のように結合強度設定手段を設けることにより、外
部コンピュータに結合強度を計算させる必要がなく、簡
単にシステムを組むことができる。
By providing the coupling strength setting means as described above, it is not necessary to have an external computer calculate the coupling strength, and the system can be easily assembled.

[実施例] 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第
1図はメモリチップ全体の概略構成を示すもので、同図
(a)は記憶モード時の構成、同図(b)は連想モード
時の構成を示している。
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of the entire memory chip, with FIG. 1(a) showing the configuration in storage mode and FIG. 1(b) showing the configuration in associative mode.

本発明によるプログラマブル連想メモリは、第1図(a
)に示すようにシナプス結合部1、ニューロン部2、演
算部3及びメモリ書込み/消去回路4により構成される
。そして、記憶モードにおいては、入カバターンINi
は演算部3に入力され、ここで結合の強さEijが Wij−Σ (2lNi−1)(21Nj−1)パター
ン数 の演算により求められ、メモリ書込み/消去回路4へ送
られる。このメモリ書込み/消去回路4は、演算部3の
演算結果に従ってシナプス結合部1に対するデータの書
込みあるいは消去を行なう。この場合、メモリ書込み/
消去回路4は、人カバターンの数だけデータの書込み動
作を繰り返して行なう。
The programmable content addressable memory according to the present invention is shown in FIG.
), it is composed of a synapse coupling section 1, a neuron section 2, an arithmetic section 3, and a memory write/erase circuit 4. In the storage mode, the input cover turn INi
is input to the arithmetic unit 3, where the coupling strength Eij is determined by calculating the number of Wij-Σ(2lNi-1)(21Nj-1) patterns and sent to the memory write/erase circuit 4. This memory write/erase circuit 4 writes or erases data to or from the synapse coupling section 1 according to the calculation result of the calculation section 3. In this case, memory write/
The erase circuit 4 repeatedly performs the data write operation for the number of turns.

第1図(b)に示す連想モードにおいては、シナプス結
合部1及びニューロン部2により回路が構成され、シナ
プス結合部1に入力データINiが与えられた際、ニュ
ーロン部2の全ラインのニューロン出力「ΣOjJがシ
ナプス結合部1にフィードバックされる。このシナプス
結合部1は、入力データINiとフィードバックデータ
により、INi+ΣWi j xoj  (i+j)の
演算処理を行なってニューロン部2に出力する。
In the associative mode shown in FIG. 1(b), a circuit is constituted by a synaptic coupling section 1 and a neuron section 2, and when input data INi is given to the synaptic coupling section 1, neuron outputs of all lines of the neuron section 2 ΣOjJ is fed back to the synaptic coupling unit 1. The synaptic coupling unit 1 performs arithmetic processing of INi+ΣWi j xoj (i+j) using the input data INi and the feedback data, and outputs it to the neuron unit 2.

このニューロン部2は、シナプス結合部1から与えられ
る信号のレベルを識別してデータOiを出力する。
This neuron section 2 identifies the level of the signal given from the synaptic coupling section 1 and outputs data Oi.

次に上記シナプス結合部1及びニューロン部2の詳細に
ついて説明する。
Next, details of the synapse coupling section 1 and neuron section 2 will be explained.

第2図は、INI〜INSの3人力、及び0UTI〜0
UT3の3出力の場合におけるシナプス結合部1及びニ
ューロン部2の構成を示したものである。人力データI
NI〜INSは、複数の結合素子Kからなるマトリック
ス状シナプス結合部1を介してニューロン部2内のニュ
ーロン2a〜2Cに入力される。そして、このニューロ
ン2a〜2Cから取り出されるデータは、0UTl〜0
UT3として出力されると共に、上記シナプス結合部1
を介してニューロン2a〜2Cにフィードバックされる
。この場合、ニューロン2a〜2cのフィードバック信
号は、互いに他のニューロン2a〜2Cに入力される。
Figure 2 shows the three-person power from INI to INS, and from 0UTI to 0.
It shows the configuration of the synaptic coupling section 1 and the neuron section 2 in the case of three outputs of the UT3. Human power data I
NI to INS are input to neurons 2a to 2C in the neuron unit 2 via a matrix-like synapse coupling unit 1 consisting of a plurality of coupling elements K. The data taken out from these neurons 2a to 2C are 0UTl to 0
In addition to being output as UT3, the synaptic connection unit 1
is fed back to neurons 2a to 2C via . In this case, the feedback signals of the neurons 2a to 2c are mutually input to the other neurons 2a to 2C.

すなわち、ニューロン2aのフィードバック信号はニュ
ーロン2b、2cに、ニューロン2bのフィードバック
信号ハニューロン2a、2cに、ニューロン2cのフィ
ードバック信号はニューロン2a、2bに、それぞれシ
ナプス結合部1を介して人力される。
That is, the feedback signal of the neuron 2a is inputted to the neurons 2b and 2c, the feedback signal of the neuron 2b is inputted to the neurons 2a and 2c, and the feedback signal of the neuron 2c is inputted to the neurons 2a and 2b, respectively, via the synaptic connection unit 1.

このシナプス結合部1において、白丸で示した結合素子
Kが抑制性結合、白丸内に斜線を施して示した結合素子
Kが興奮性結合となっている。また、上記シナプス結合
部は、人力データに対して各結合強度を可変設定する機
能を備えているが、その詳細については後述する。
In this synaptic connection portion 1, the coupling elements K shown by white circles are inhibitory connections, and the coupling elements K shown by diagonal lines inside the white circles are excitatory connections. Further, the synaptic coupling section has a function of variably setting each coupling strength with respect to human input data, the details of which will be described later.

しかして、上記ニューロン部2の各ニューロン2a〜2
Cは、第3図に示すように2段のインバータ11.12
を直列接続した構成となっている。
Therefore, each neuron 2a to 2 of the neuron section 2
C is a two-stage inverter 11.12 as shown in FIG.
It has a configuration in which they are connected in series.

上記インバータ11.12は、例えばNMOSエンハン
スメント型の薄膜トランジスタTl、T2またはT3.
T4を直列接続したもので、薄膜トランジスタTl、T
3のドレイン電極に電源電圧Vddが印加され、薄膜ト
ランジスタT2.T4のソース電極が接地される。そし
て、薄膜トランジスタ下2のゲート電極にシナプス結合
マトリックス部1からの信号が人力され、薄膜トランジ
スタT3.T4のソース・ドレイン接続点から出力信号
OUTが取り出される。上記のように構成されたニュー
ロン2a〜2Cは、第4図に示す入出力関係を達成、例
えばVdd/2をスレショルドレベルとし、入力信号が
これより大きい時にハイレベル、小さい時にローレベル
の信号を出力するような人出力関係を達成する。なお、
実際の回路では、入力データVinの微妙な振幅でハイ
レベル、ローレベルが決定するので、例えばフリップフ
ロップにより構成されるセンスアンプ等が用いられる。
The inverters 11.12 are, for example, NMOS enhancement type thin film transistors Tl, T2 or T3.
T4 are connected in series, and the thin film transistors Tl and T
Power supply voltage Vdd is applied to the drain electrode of thin film transistor T2. The source electrode of T4 is grounded. Then, a signal from the synaptic coupling matrix section 1 is manually applied to the gate electrode of the thin film transistor T3. An output signal OUT is taken out from the source/drain connection point of T4. The neurons 2a to 2C configured as described above achieve the input/output relationship shown in FIG. 4. For example, with Vdd/2 as the threshold level, when the input signal is larger than this, the signal is high level, and when it is smaller, the signal is low level. Achieve a person-output relationship such as output. In addition,
In an actual circuit, the high level and low level are determined by the delicate amplitude of the input data Vin, so a sense amplifier or the like constituted by, for example, a flip-flop is used.

第5図(a)はシナプス結合部lの一部を取り出して示
すもので、i番目のデータINiが入力されるラインに
全ラインのニューロンの出力Oj。
FIG. 5(a) shows a part of the synaptic connection l, in which the outputs Oj of neurons of all lines are input to the line where the i-th data INi is input.

OJ+++ ・・・が結合素子Kl−に5を介して興奮
性または抑制性データとしてフィードバック入力される
。これらの結合素子に1〜に5は、第5図(b)に示す
ように構成される。
OJ+++ . . . is fed back to the coupling element Kl- via 5 as excitatory or inhibitory data. These coupling elements 1 to 5 are constructed as shown in FIG. 5(b).

すなわち、i番目のデータINiが入力される結合素子
に1は、駆動用薄膜トランジスタSTI及びメモリ用薄
膜トランジスタMTIにより構成され、駆動用薄膜トラ
ンジスタSTIはドレイン電極にVdd電圧が供給され
ると共に、ゲート電極に入力データINiが人力される
。そして、駆動用薄膜トランジスタST1のソース電極
は、メモリ用トランジスタMT1のドレイン・ソース間
を介してデータラインLiに接続され、このデータライ
ンLiに結合素子に2〜に5が接続される。
That is, the coupling element 1 to which the i-th data INi is inputted is composed of a driving thin film transistor STI and a memory thin film transistor MTI. Data INi is manually generated. The source electrode of the drive thin film transistor ST1 is connected to the data line Li via the drain and source of the memory transistor MT1, and coupling elements 2 to 5 are connected to the data line Li.

結合素子に2.に4は、興奮性結合を行なうもので、結
合素子に1と同様にそれぞれ駆動用薄膜トランジスタS
T2.ST4とメモリ用薄膜トランジスタMT2 、M
T4が直列に接続されてなり、駆動用薄膜トランジスタ
ST2.ST4はドレイン電極にVdd電圧が供給され
ると共に、ゲート電極にニューロン出力Oj、OJ+1
が入力される。
2 to the coupling element. 4 performs excitatory coupling, and similarly to 1, drive thin film transistors S are used as coupling elements.
T2. ST4 and memory thin film transistors MT2, M
T4 are connected in series, and drive thin film transistors ST2. In ST4, Vdd voltage is supplied to the drain electrode, and neuron outputs Oj, OJ+1 are supplied to the gate electrode.
is input.

そして、上記駆動用薄膜トランジスタST2゜Sr1の
ソース電極は、メモリ用トランジスタMT2 、MT4
のドレイン・ソース間をそれぞれ介してデータラインL
iに接続される。一方、結合素子に3.に5は、抑制性
結合を行なうもので、それぞれ駆動用薄膜トランジスタ
ST3.ST5とメモリ用薄膜トランジスタMT3 、
MT5が直列に接続されてなり、駆動用薄膜トランジス
タST3.ST5はドレイン電極が接地されると共に、
ゲート電極にニューロン出力Oj、  OJ +1が人
力される。そして、上記駆動用薄膜トランジスタST3
.Sr1のソース電極は、メモリ用トランジスタMT3
 、MT5のドレイン・ソース間をそれぞれ介してデー
タラインLiに接続される。
The source electrode of the drive thin film transistor ST2°Sr1 is connected to the memory transistors MT2 and MT4.
The data line L is connected between the drain and source of
connected to i. On the other hand, 3. and 5 perform suppressive coupling, and drive thin film transistors ST3 . ST5 and memory thin film transistor MT3,
MT5 are connected in series, and drive thin film transistors ST3. The drain electrode of ST5 is grounded, and
Neuron outputs Oj, OJ +1 are manually applied to the gate electrodes. Then, the driving thin film transistor ST3
.. The source electrode of Sr1 is connected to the memory transistor MT3.
, MT5 are connected to the data line Li via their respective drains and sources.

上記のように構成されたシナプス結合部1は、記憶モー
ドにおいてメモリ用薄膜トランジスタMTI−MT5に
データが書き込まれ、i番目のデータとj番目のデータ
が等しければ、興奮性結合素子に2のメモリ用薄膜トラ
ンジスタMT2は、チャンネル抵抗が低抵抗になるよう
にシフトし、抑制性結合素子に3のメモリ用薄膜トラン
ジスタMT4は、チャンネル抵抗が高抵抗になるように
シフトする。また、上記メモリ用薄膜トランジスタMT
2〜MT5によるチャンネル抵抗に要求される特性とし
て、興奮性結合の強さと数の積と、抑制性の結合の強さ
と数とがチャンネル抵抗比として対応している必要があ
る。例えばi番目の結合の強さをWiとし、このWiが
正の場合に興奮性、負の場合に抑制性とすると、結合の
強さはrl、2.3.・・・」といった整数値をとるの
で、“1”を出力し、負であればニューロンが“0”を
出力するようにチャンネル抵抗の制御が必要である。こ
の関係を第6図に示す。理想的には第7図に示すように
興奮性結合の和による抵抗値Raと抑制性結合による抵
抗値Rbの比で供給電圧Vddを分圧するので、入力ラ
インがVdd゛/2より高ければ興奮性結合の方が強く
なり、ニューロン21の出力が“1“になる。
In the synapse coupling unit 1 configured as described above, data is written to the memory thin film transistors MTI-MT5 in the storage mode, and if the i-th data and the j-th data are equal, the synapse coupling unit 1 writes the data to the excitatory coupling element 2 for the memory thin film transistor MTI-MT5. The thin film transistor MT2 is shifted to have a low channel resistance, and the memory thin film transistor MT4 of 3 in the inhibitory coupling element is shifted to have a high channel resistance. In addition, the memory thin film transistor MT
As a characteristic required for channel resistance by 2 to MT5, the product of the strength and number of excitatory connections and the strength and number of inhibitory connections must correspond as a channel resistance ratio. For example, if the strength of the i-th connection is Wi, and if this Wi is positive, it is excitatory, and if it is negative, it is inhibitory, then the strength of the connection is rl, 2.3. Since the neuron takes an integer value such as "...", it is necessary to control the channel resistance so that the neuron outputs "1", and if it is negative, the neuron outputs "0". This relationship is shown in FIG. Ideally, as shown in Figure 7, the supply voltage Vdd is divided by the ratio of the resistance value Ra due to the sum of excitatory connections and the resistance value Rb due to inhibitory connections, so if the input line is higher than Vdd/2, there is no excitement. The sexual connection becomes stronger, and the output of the neuron 21 becomes "1".

また、メモリ用薄膜トランジスタMTの結合の強さをチ
ャンネル抵抗比で1倍、2倍とすることが難しい場合、
第8図に示すように複数個のメモリ用薄膜トランジスタ
MT a l 、 MT a2−−− M T a n
及びM T b 1 、 M T b 2、−M T 
b nを並列に接続し、記憶させるデータ毎に順次使用
する方法も考えられる。但し、この場合、記憶させるデ
ータ数はn個に限定され、また、使用するトランジスタ
数が増加すると共に、使用するメモリ用薄膜トランジス
タMTをアドレス指定する必要がある。
In addition, when it is difficult to increase the coupling strength of the memory thin film transistor MT by 1 or 2 times the channel resistance ratio,
As shown in FIG. 8, a plurality of memory thin film transistors MT a l , MT a2 --- MT an
and M T b 1 , M T b 2, −M T
It is also possible to connect b n in parallel and use them sequentially for each data to be stored. However, in this case, the number of data to be stored is limited to n pieces, the number of transistors used increases, and it is necessary to address the memory thin film transistor MT used.

第9図は、各結合の強度をメモリ用薄膜トランジスタの
チャンネル抵抗値として書き込むための回路構成を示し
ている。この第9図に示す回路は、上記第5図に示す回
路において、興奮性結合素子Kaのメモリ用薄膜トラン
ジス5MTa及び抑制性結合素子Kbのメモリ用薄膜ト
ランジス2MTbに対して書込み回路21.22を設け
ている。書込み回路21は、イクスクルーシブオア回路
(以下EXオア回路と略称する)211、インバータ2
12、薄膜トランジスタ213により構成されている。
FIG. 9 shows a circuit configuration for writing the strength of each coupling as a channel resistance value of a memory thin film transistor. The circuit shown in FIG. 9 is the same as the circuit shown in FIG. It is set up. The write circuit 21 includes an exclusive OR circuit (hereinafter abbreviated as EX OR circuit) 211 and an inverter 2
12 and a thin film transistor 213.

上記EXオア回路211には、入力データINi、IN
jが入力され、その出力信号がインバータ212を介し
て薄膜トランジスタ213のゲート電極に入力される。
The EX OR circuit 211 has input data INi, IN
j is input, and its output signal is input to the gate electrode of the thin film transistor 213 via the inverter 212.

この薄膜トランジスタ213は、ドレイン電極に動作電
圧Vpが供給され、ソース電極から出力される信号がメ
モリ用薄膜トランジス5MTaのゲート電極に人力され
る。上記動作電圧Vpとしては、メモリ用薄膜トランジ
ス5MTaのチャンネル抵抗を下げるためには通常負の
大きな値が用いられる。
The operating voltage Vp is supplied to the drain electrode of the thin film transistor 213, and a signal outputted from the source electrode is inputted to the gate electrode of the memory thin film transistor 5MTa. As the operating voltage Vp, a large negative value is usually used in order to lower the channel resistance of the memory thin film transistor 5MTa.

一方、書込み回路22は、EXオア回路221及び薄膜
トランジスタ222により構成されている。上記EXオ
ア回路221には、人力データINi、INjが入力さ
れ、その出力信号が薄膜トランジスタ222のゲート電
極に人力される。
On the other hand, the write circuit 22 includes an EX-OR circuit 221 and a thin film transistor 222. The EX-OR circuit 221 receives human input data INi and INj, and its output signal is input to the gate electrode of the thin film transistor 222.

この薄膜トランジスタ222は、ドレイン電極に動作電
圧Vpが供給され、ソース電極から出力される信号がメ
モリ用薄膜トランジス2MTbのゲート電極に人力され
る。
In this thin film transistor 222, the operating voltage Vp is supplied to the drain electrode, and a signal outputted from the source electrode is inputted to the gate electrode of the memory thin film transistor 2MTb.

上記の構成において、結合強度は、1つの記憶データに
対してi番目の人力とj番目の出力との間で共にハイレ
ベルまたは共にローレベルであれば、薄膜トランジスタ
213をオンして興奮性のメモリ用薄膜トランジス5M
Taの結合強度を1上げ、それ以外では薄膜トランジス
タ222をオンして抑制性のメモリ用薄膜トランジス7
MTbの結合強度を1上げる形で達成される。
In the above configuration, if the coupling strength is at a high level or both at a low level between the i-th human power and the j-th output for one stored data, the thin film transistor 213 is turned on and the excitable memory is activated. thin film transistor 5M
The coupling strength of Ta is increased by 1, otherwise the thin film transistor 222 is turned on and the suppressive memory thin film transistor 7 is turned on.
This is achieved by increasing the bonding strength of MTb by one.

なお、記憶モードでメモリ用薄膜トランジスタMTa、
MTbにデータを書込む時は、駆動用薄膜トランジスタ
STa、STbをオンする。この場合、通常Vddのラ
インも接地電位に切換える場合もあり得る。連想モード
では薄膜トランジスタ213,222に対するVp電源
は切り離しておき、メモリ用薄膜トランジスタMTa、
MTbの記憶データが変化しないようにする。
Note that in the memory mode, the memory thin film transistor MTa,
When writing data to MTb, driving thin film transistors STa and STb are turned on. In this case, the normal Vdd line may also be switched to the ground potential. In the associative mode, the Vp power supply for the thin film transistors 213 and 222 is separated, and the memory thin film transistors MTa,
Prevent the data stored in MTb from changing.

第10図は、上記EXオア回路211,221の詳細な
構成を示すもので、NMO8型の薄膜トランジスタを用
いて構成した例を示している。同図に示すように入力デ
ータINiは端子31よりインバータ32.33を介し
て薄膜トランジスタT34のゲート電極に人力され、入
力データINjは端子41よりインバータ42.43を
介して薄膜トランジスタT44のゲート電極に入力され
る。また、インバータ32の出力信号は薄膜トランジス
タ44のドレイン電極に人力され、インバータ42の出
力信号は薄膜トランジスタ34のドレイン電極に入力さ
れる。
FIG. 10 shows a detailed configuration of the EX-OR circuits 211 and 221, and shows an example configured using NMO8 type thin film transistors. As shown in the figure, input data INi is input from a terminal 31 through inverters 32 and 33 to the gate electrode of a thin film transistor T34, and input data INj is input from a terminal 41 through inverters 42 and 43 to the gate electrode of a thin film transistor T44. be done. Further, the output signal of the inverter 32 is inputted to the drain electrode of the thin film transistor 44, and the output signal of the inverter 42 is inputted to the drain electrode of the thin film transistor 34.

上記薄膜トランジスタ34.44のソース電極は一括接
続され、この−括接続点と接地との間に薄膜トランジス
タ35.36の直列回路及び薄膜トランジスタ45.4
6の直列回路が並列に接続される。上記薄膜トランジス
タ35のゲート電極にはインバータ32の出力信号が人
力され、薄膜トランジスタ36のゲート電極にはインバ
ータ42の出力信号が入力される。また、薄膜トランジ
スタ45のゲート電極には入力データINjが端子41
より入力され、薄膜トランジスタ46のゲート電極には
入力データINiが端子31より人力される。そして、
薄膜トランジスタ34゜35.44.45のソース電極
共通接続点に生じる信号が、出力端子47より出力信号
として取り出される。
The source electrodes of the thin film transistors 34, 44 are connected together, and a series circuit of thin film transistors 35, 36 and a thin film transistor 45, 4 are connected between this connection point and the ground.
Six series circuits are connected in parallel. The output signal of the inverter 32 is input to the gate electrode of the thin film transistor 35, and the output signal of the inverter 42 is input to the gate electrode of the thin film transistor 36. In addition, input data INj is connected to the gate electrode of the thin film transistor 45 at the terminal 41.
Input data INi is input from the terminal 31 to the gate electrode of the thin film transistor 46 . and,
A signal generated at the common connection point of the source electrodes of the thin film transistors 34, 35, 44, 45 is taken out from the output terminal 47 as an output signal.

上記の構成において、人力データINiとINjが一致
している場合は、薄膜トランジスタ35.36の直列回
路あるいは薄膜トランジスタ45.46の直列回路がオ
ン状態となり、出力端子47が接地レベル(“0”)と
なる。また、入力データINiとINjとが不一致の場
合は、薄膜トランジスタ35.36の直列回路及び薄膜
トランジスタ45.46の直列回路がオフ状態になると
共に、薄膜トランジスタ34.44の何れか一方がオン
状態となり、出力端子47からハイレベル(“1”)の
信号が出力される。
In the above configuration, when the human input data INi and INj match, the series circuit of thin film transistors 35 and 36 or the series circuit of thin film transistors 45 and 46 is turned on, and the output terminal 47 goes to the ground level (“0”). Become. Further, if the input data INi and INj do not match, the series circuit of thin film transistors 35 and 36 and the series circuit of thin film transistors 45 and 46 are turned off, and one of the thin film transistors 34 and 44 is turned on, and the output A high level (“1”) signal is output from the terminal 47.

第11図は上記各回路において使用されるメモリ用薄膜
トランジスタMT及び駆動用薄膜トランジスタSTの詳
細な構成を示すものである。同図において、51はガラ
ス等からなる絶縁基板で、この絶縁基板51の上に上記
メモリ用薄膜トランジスタMT及び駆動用薄膜トランジ
スタSTがそれぞれ逆スタガー型に形成される。すなわ
ち、絶縁基板51上にメモリ用及び駆動用薄膜トランジ
スタMT、STのゲート電極Gl、G2を形成し、その
上にゲート絶縁膜52を基板全面に亘って形成すると共
に、このゲート絶縁膜52の上に前記各ゲーtta極G
l、G2にそれぞれ対向させてi型a−3i(アモルフ
ァス・シリコン)からなる半導体層53.53を形成し
、この半導体層53゜53上にそれぞれn”−a−8t
コンタクト層54.54を介してソース・ドレイン電極
S1゜D(及−びS2.D2を形成したもので、メモリ
用薄膜トランジスタMTのドレイン電極D1は、駆動用
薄膜トランジスタSTのソース電極S2と接続配線55
を介して接続されており、また、メモリ用薄膜トランジ
スタMT及び駆動用薄膜トランジスタSTはヒステリシ
ス性の無いSiN膜から保護膜56によって覆われてい
る。
FIG. 11 shows the detailed structure of the memory thin film transistor MT and the driving thin film transistor ST used in each of the above circuits. In the figure, reference numeral 51 denotes an insulating substrate made of glass or the like, and on this insulating substrate 51, the memory thin film transistor MT and the driving thin film transistor ST are respectively formed in an inverted staggered shape. That is, the gate electrodes Gl and G2 of the memory and driving thin film transistors MT and ST are formed on an insulating substrate 51, and the gate insulating film 52 is formed over the entire surface of the substrate. to each gate pole G
Semiconductor layers 53 and 53 made of i-type a-3i (amorphous silicon) are formed opposite to the semiconductor layers 53 and 53, respectively, and n''-a-8t are formed on the semiconductor layers 53 and 53, respectively.
Source/drain electrodes S1°D (and S2.D2 are formed through contact layers 54, 54, and the drain electrode D1 of the memory thin film transistor MT is connected to the source electrode S2 of the drive thin film transistor ST and the connection wiring 55).
Furthermore, the memory thin film transistor MT and the driving thin film transistor ST are covered with a protective film 56 made of a SiN film without hysteresis.

また、前記ゲート絶縁膜52は、メモリ用薄膜トランジ
スタMTのゲート絶縁膜と駆動用薄膜トランジスタST
の絶縁膜とを兼ねる共通の絶縁膜とされており、ヒステ
リシス性を持つSiN膜つまり、シリコン原子Siと窒
素原子Nの組成比(Si/N)を化学量論比(0,75
)よりも大きな値(St/N−0,85〜1.1)にし
たSiN膜で形成され、また、このSiN膜のメモリ用
薄膜トランジスタMT部分を除く領域は、酸化または窒
化によりS i / Hの値を化学量論比(St/N−
0,75)とほぼ同じ値に小さくしてヒステリシス性を
無くした、非ヒステリシス柱部52aとされている。
Further, the gate insulating film 52 is a gate insulating film of a memory thin film transistor MT and a driving thin film transistor ST.
It is a common insulating film that also serves as the insulating film of
), and the region of this SiN film except for the memory thin film transistor MT part is made of Si/H by oxidation or nitridation. The value of is expressed as the stoichiometric ratio (St/N-
The non-hysteresis column portion 52a is made small to approximately the same value as 0.75) and eliminates hysteresis.

上記の構成において、ゲート絶縁膜52はSiN膜によ
り構成されるが、シリコン原子Siと窒素原子Nの組成
比(Si/N)を変えることで、メモリ用薄膜トランジ
スタMTあるいは駆動用薄膜トランジスタSTの特性を
持たせることができる。
In the above structure, the gate insulating film 52 is made of a SiN film, but by changing the composition ratio of silicon atoms Si to nitrogen atoms N (Si/N), the characteristics of the memory thin film transistor MT or the driving thin film transistor ST can be changed. You can have it.

すなわち、メモリ用薄膜トランジスタMTを構成する場
合には、上記したようにゲート絶縁膜52の組成比(S
 i / N )を化学量論比(0,75)よりも大き
な値に設定することにより、そのゲート電圧VG−ドレ
イン電流(ソースドレイン間に流れる電流)ID特性が
第12図(a)に示すヒステリシス特性となり、メモリ
機能を持たせることができる。
That is, when configuring the memory thin film transistor MT, the composition ratio (S
By setting i/N) to a value larger than the stoichiometric ratio (0,75), the gate voltage VG-drain current (current flowing between the source and drain) ID characteristics are shown in Figure 12 (a). It has hysteresis characteristics and can have a memory function.

また、駆動用薄膜トランジスタSTを構成する場合には
、ゲート絶縁膜52の組成比(Si/N)を化学FtL
論比(0,75)とほぼ同じ値に小さく設定することに
より、第12図(b)に示すようにV。−ID特性にヒ
ステリシス性が無くなり、通常のトランジスタとして作
動させることができる。
In addition, when configuring the drive thin film transistor ST, the composition ratio (Si/N) of the gate insulating film 52 is changed by chemically FtL.
By setting a small value to almost the same value as the theoretical ratio (0,75), V as shown in FIG. 12(b). -The ID characteristic has no hysteresis, and can be operated as a normal transistor.

上記のようにゲート絶縁膜52の組成比(Si/N)を
変えることで、トランジスタ特性を任意に設定すること
ができるので、同一の絶縁基板上にメモリ用薄膜トラン
ジスタMTと駆動用薄膜トランジスタSTを形成するこ
とができる。
By changing the composition ratio (Si/N) of the gate insulating film 52 as described above, the transistor characteristics can be set arbitrarily, so the memory thin film transistor MT and the driving thin film transistor ST are formed on the same insulating substrate. can do.

なお、上記実施例では、連想モードにおいて、ニューロ
ン部2の出力をシナプス結合部1にフィードバックする
ようにしたが、第13図(a)に示すようにフィードバ
ックを含まない場合であっても同様にして実施し得るも
のである。このフィードバックを含まない場合において
は、シナプス結合部1は、人力データINiに対し、I
Ni+Σ Wi j ・ INj  (i≠j)の演算
処理を行なってニューロン部2に出力する。
In the above embodiment, the output of the neuron section 2 is fed back to the synaptic connection section 1 in the associative mode, but the same method can be applied even when no feedback is included, as shown in FIG. 13(a). It can be implemented by In the case where this feedback is not included, the synapse coupling unit 1 performs I
It performs arithmetic processing of Ni+Σ Wi j ·INj (i≠j) and outputs it to the neuron unit 2.

第13図(b)は上記フィードバックを含まない場合の
シナプス結合部1とニューロン部2の構成を示したもの
である。シナプス結合部1をこのように構成することに
よって上記した演算処理が行なわれ、人力データIN1
〜IN3に対し、ニューロン2a〜2cから出力データ
0UTI〜0UT3が取り出される。
FIG. 13(b) shows the configuration of the synaptic coupling section 1 and the neuron section 2 when the above-mentioned feedback is not included. By configuring the synapse connection unit 1 in this way, the above-mentioned arithmetic processing is performed, and the human data IN1
-IN3, output data 0UTI-0UT3 are taken out from neurons 2a-2c.

[発明の効果コ 以上詳記したように本発明によれば、興奮性結合素子及
び抑制性結合素子からなり、入力データを記憶するシナ
プス結合部及びこのシナプス結合部から読出されるデー
タの信号レベルを設定レベルまで増幅して出力するニュ
ーロン部を備えたプログラマブル連想メモリにおいて、
上記シナプス結合部の各結合素子を駆動用薄膜トランジ
スタ及びメモリ用薄膜トランジスタを同一絶縁基板上に
形成するようにしたので、集積化が容易となり、ニュー
ロン数を増大することができる。
[Effects of the Invention] As detailed above, according to the present invention, there is a synaptic connection section which is composed of an excitatory coupling element and an inhibitory coupling element and stores input data, and a signal level of data read from this synaptic coupling section. In a programmable associative memory equipped with a neuron section that amplifies and outputs to a set level,
Since each of the coupling elements of the synaptic coupling portion, the driving thin film transistor and the memory thin film transistor are formed on the same insulating substrate, integration becomes easy and the number of neurons can be increased.

また、本発明は、上記シナプス結合部の結合強度を、記
憶させるデータに応じて各結合素子におけるメモリ用薄
膜トランジスタのチャンネル抵抗値として書込むように
したので、外部コンピュータに結合強度を計算させる必
要がなく、簡単にシステムを組むことができる。
Furthermore, in the present invention, the coupling strength of the synaptic coupling portion is written as the channel resistance value of the memory thin film transistor in each coupling element according to the data to be stored, so there is no need to have an external computer calculate the coupling strength. You can easily set up the system.

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

第1図ないし第13図は本発明の実施例を示すもので、
第1図(a)はメモリチップ全体の概略構成を示すブロ
ック図、第1図(b)は連想モード時の概略構成を示す
ブロック図、第2図は第1図(a)におけるシナプス結
合部及びニューロン部の構成を示す図、第3図は第2図
のニューロン部における各ニューロンの詳細を示す回路
図、第4図は上記ニューロンの入出力特性図、第5図(
a)は第2図におけるシナプス結合部の一部を示す図、
第5図(b)は同図(a)の詳細を示す回路図、第6図
はメモリ用薄膜トランジスタのチャンネル抵抗と結合の
強さとの関係を示す図、第7図は第5図(b)に示すシ
ナプス結合部の動作を説明するための図、第8図はシナ
プス結合部のメモリ部の他の構成例を示す図、第9図は
シナプス結合部における各結合の強度を書込むための回
路図、第10図は第9図におけるイクスクルーシブオア
回路(EXオア回路)の詳細を示す回路構成図、第11
図は薄膜トランジスタの構成を示す断面図、第12図(
a)はメモリ用薄膜トランジスタのV。−■。特性図、
第12図(b)は駆動用薄膜トランジスタのV6−ID
特性図、第13図(a)はフィードバックを含まない場
合の連想モード時の概略構成を示すブロック図、第13
図(b)は同図(a)の詳細を示す構成図である。 1・・・シナプス結合部、2・・・ニューロン部、3・
・・演算部、4・・・メモリ書込み/消去回路、]1・
・・インバータ、21.22・・・書込み回路、211
゜221・・・EXオア回路、213,222・・・薄
膜トランジスタ、31.41・・・端子、32.33゜
42.43・・・インバータ、34〜36.44〜46
・・・薄膜トランジスタ、51・・・絶縁基板、52ゲ
ー ト絶縁膜、 53・・・半導体層。
1 to 13 show embodiments of the present invention,
FIG. 1(a) is a block diagram showing a schematic configuration of the entire memory chip, FIG. 1(b) is a block diagram showing a schematic configuration in associative mode, and FIG. 2 is a synaptic connection section in FIG. 1(a). FIG. 3 is a circuit diagram showing details of each neuron in the neuron section of FIG. 2, FIG. 4 is an input/output characteristic diagram of the neuron, and FIG.
a) is a diagram showing a part of the synaptic connection part in FIG. 2;
FIG. 5(b) is a circuit diagram showing the details of FIG. 5(a), FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the channel resistance of a memory thin film transistor and the strength of coupling, and FIG. 7 is the same as FIG. 5(b). Figure 8 is a diagram showing another example of the structure of the memory section of the synaptic junction, and Figure 9 is a diagram for explaining the operation of the synaptic junction shown in Figure 9. Circuit diagram, Fig. 10 is a circuit configuration diagram showing details of the exclusive OR circuit (EX OR circuit) in Fig. 9, Fig. 11
The figure is a cross-sectional view showing the structure of a thin film transistor, and Figure 12 (
a) is the V of the memory thin film transistor. −■. Characteristic diagram,
Figure 12(b) shows V6-ID of the drive thin film transistor.
Characteristic diagram, Fig. 13 (a) is a block diagram showing a schematic configuration in associative mode without feedback, Fig. 13
Figure (b) is a configuration diagram showing details of figure (a). 1... Synaptic connection part, 2... Neuron part, 3.
...Arithmetic unit, 4...Memory write/erase circuit, ]1.
...Inverter, 21.22...Writing circuit, 211
゜221... EX OR circuit, 213, 222... Thin film transistor, 31.41... Terminal, 32.33° 42.43... Inverter, 34~36.44~46
. . . thin film transistor, 51 . . . insulating substrate, 52 gate insulating film, 53 . . . semiconductor layer.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)入力データを記憶するシナプス結合部及びこのシ
ナプス結合部から読出されるデータの信号レベルを設定
レベルまで増幅して出力するニューロン部を備えたプロ
グラマブル連想メモリにおいて、上記シナプス結合部の
各結合素子は駆動用薄膜トランジスタ及びメモリ用薄膜
トランジスタを同一絶縁基板上に形成してなることを特
徴とする薄膜トランジスタによるプログラマブル連想メ
モリ。
(1) In a programmable content addressable memory comprising a synaptic connection section that stores input data and a neuron section that amplifies the signal level of data read from the synaptic connection section to a set level and outputs the amplified signal level, each connection of the synaptic connection section is provided. A programmable content addressable memory using thin film transistors, characterized in that the element is formed by forming a driving thin film transistor and a memory thin film transistor on the same insulating substrate.
(2)興奮性結合素子及び抑制性結合素子からなり、入
力データを記憶するシナプス結合部及びこのシナプス結
合部から読出されるデータの信号レベルを設定レベルま
で増幅して出力するニューロン部を備えたプログラマブ
ル連想メモリにおいて、上記シナプス結合部の各結合素
子を駆動用薄膜トランジスタ及びメモリ用薄膜トランジ
スタにより構成する手段と、上記シナプス結合部の結合
強度を記憶させるデータに応じて興奮性結合素子あるい
は抑制性結合素子を構成するメモリ用薄膜トランジスタ
のチャンネル抵抗値として書込む結合強度設定手段とを
具備したことを特徴とする薄膜トランジスタによるプロ
グラマブル連想メモリ。
(2) It consists of an excitatory coupling element and an inhibitory coupling element, and includes a synaptic coupling section that stores input data, and a neuron section that amplifies the signal level of the data read from the synaptic coupling section to a set level and outputs it. In the programmable content addressable memory, each coupling element of the synaptic coupling part is constituted by a drive thin film transistor and a memory thin film transistor, and an excitatory coupling element or an inhibitory coupling element according to data for storing the coupling strength of the synaptic coupling part. 1. A programmable content addressable memory using thin film transistors, characterized in that the programmable content addressable memory using thin film transistors is provided with coupling strength setting means for writing as a channel resistance value of a memory thin film transistor constituting the memory transistor.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994003929A1 (en) * 1992-07-29 1994-02-17 Tadashi Shibata Semiconductor device
JPWO2019078367A1 (en) * 2017-10-19 2020-11-12 学校法人 龍谷大学 Memristor and neural network using it

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