KR102444434B1 - Spike neural network circuit including comparator operated by conditional bias current - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 스파이크 뉴럴 네트워크 회로는 입력 스파이크 신호와 가중치에 기초하여 연산 신호를 생성하도록 구성되는 시냅스 및 연산 신호에 기초하여 생성되는 멤브레인 신호의 전압과 임계 신호의 전압을 비교하도록 구성되는 비교기를 이용하여 출력 스파이크 신호를 생성하도록 구성되는 뉴런을 포함하고, 비교기는 멤브레인 신호에 따라 비교기의 바이어스 전류를 조건적으로 공급하도록 구성되는 바이어스 회로를 포함한다.A spike neural network circuit according to an embodiment of the present invention is configured to compare a voltage of a threshold signal with a voltage of a membrane signal generated based on a synapse and an operation signal that is configured to generate an operation signal based on an input spike signal and a weight and a neuron configured to generate an output spike signal using the comparator, wherein the comparator includes a bias circuit configured to conditionally supply a bias current of the comparator in accordance with the membrane signal.

Description

조건적 바이어스 전류에 의해 작동되는 비교기를 포함하는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로{SPIKE NEURAL NETWORK CIRCUIT INCLUDING COMPARATOR OPERATED BY CONDITIONAL BIAS CURRENT}SPIKE NEURAL NETWORK CIRCUIT INCLUDING COMPARATOR OPERATED BY CONDITIONAL BIAS CURRENT

본 발명은 스파이크 뉴럴 네트워크 회로에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는, 조건적 바이어스 전류에 의해 작동되는 비교기를 포함하는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to spike neural network circuits, and more particularly, to a spike neural network circuit comprising a comparator driven by a conditional bias current.

인공 뉴럴 네트워크(artificial neural network; ANN)는 생물학적인 뉴럴 네트워크와 유사한 방식으로 데이터 또는 정보를 처리할 수 있다. 퍼셉트론(perceptron) 기반의 뉴럴 네트워크 또는 합성곱(convolution) 기반의 뉴럴 네트워크와 다르게, 스파이크 뉴럴 네트워크 내에서는 특정한 레벨의 신호가 전달되는 것이 아니라, 짧은 시간 동안에 토글링(toggling)하는 펄스 형태를 갖는 스파이크 신호가 전달될 수 있다. An artificial neural network (ANN) can process data or information in a manner similar to a biological neural network. Unlike a perceptron-based neural network or a convolution-based neural network, in a spike neural network, a signal of a specific level is not transmitted, but a spike having a toggling pulse shape for a short time. A signal may be transmitted.

스파이크 뉴럴 네트워크는 반도체 장치를 이용하여 구현될 수 있다. 최근, 스파이크 뉴럴 네트워크가 다양한 분야에서 사용됨에 따라 스파이크 뉴럴 네트워크에 집적되는 뉴런들의 개수가 증가하면서, 스파이크 뉴럴 네트워크에 의해 소비되는 전력 소모가 증가하고 있다.The spike neural network may be implemented using a semiconductor device. Recently, as the number of neurons integrated in the spike neural network increases as the spike neural network is used in various fields, power consumption by the spike neural network increases.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 조건적 바이어스 전류에 의해 작동되는 비교기를 포함하는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로를 제공할 수 있다.The present invention is to solve the above technical problem, the present invention can provide a spike neural network circuit including a comparator operated by a conditional bias current.

본 발명의 실시 예에 따른 스파이크 뉴럴 네트워크 회로는 입력 스파이크 신호와 가중치에 기초하여 연산 신호를 생성하도록 구성되는 시냅스 및 연산 신호에 기초하여 생성되는 멤브레인 신호의 전압과 임계 신호의 전압을 비교하도록 구성되는 비교기를 이용하여 출력 스파이크 신호를 생성하도록 구성되는 뉴런을 포함하고, 비교기는 멤브레인 신호에 따라 비교기의 바이어스 전류를 조건적으로 공급하도록 구성되는 바이어스 회로를 포함한다.A spike neural network circuit according to an embodiment of the present invention is configured to compare a voltage of a threshold signal with a voltage of a membrane signal generated based on a synapse and an operation signal that is configured to generate an operation signal based on an input spike signal and a weight and a neuron configured to generate an output spike signal using the comparator, wherein the comparator includes a bias circuit configured to conditionally supply a bias current of the comparator in accordance with the membrane signal.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 스파이크 뉴럴 네트워크 회로는 입력 스파이크 신호와 가중치에 기초하여 연산 신호를 생성하도록 구성되는 시냅스 및 연산 신호에 기초하여 생성되는 멤브레인 신호의 전류와 바이어스 신호에 기초하여 생성되는 바이어스 전류를 비교하도록 구성되는 비교기를 이용하여 출력 스파이크 신호를 생성하도록 구성되는 뉴런을 포함하고 비교기는 멤브레인 신호에 따라 바이어스 전류를 조건적으로 공급하는 바이어스 회로를 포함한다.A spike neural network circuit according to another embodiment of the present invention is a synapse configured to generate an operation signal based on an input spike signal and a weight, and a bias generated based on a current of a membrane signal and a bias signal generated based on the operation signal and a neuron configured to generate an output spike signal with a comparator configured to compare the current, wherein the comparator includes a bias circuit for conditionally supplying a bias current in accordance with the membrane signal.

본 발명의 실시 예에 따른 스파이크 뉴럴 네트워크 회로는 조건적 바이어스 전류에 의해 작동되는 비교기를 포함할 수 있다. 따라서, 스파이크 뉴럴 네트워크 회로의 전력 소모가 개선될 수 있다.The spike neural network circuit according to an embodiment of the present invention may include a comparator operated by a conditional bias current. Accordingly, the power consumption of the spike neural network circuit can be improved.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스파이크 뉴럴 네트워크 회로를 예시적으로 도시하는 블록도이다.
도 2는 도 1의 시냅스 회로의 시냅스들과 뉴런 회로의 뉴런을 좀 더 구체적으로 도시하는 블록도이다.
도 3은 도 2의 비교기의 블록도를 예시적으로 도시한다.
도 4는 도 2의 비교기의 블록도를 예시적으로 도시한다.
도 5는 도 4의 비교기의 동작을 나타내는 타이밍도를 예시적으로 도시한다.
도 6은 도 4의 비교기의 동작을 나타내는 타이밍도를 예시적으로 도시한다.
도 7은 도 1의 시냅스 회로의 시냅스들과 뉴런 회로의 뉴런을 좀 더 구체적으로 도시하는 블록도이다.
도 8은 도 7의 비교기의 블록도를 예시적으로 도시한다.
도 9는 도 7의 비교기의 블록도를 예시적으로 도시한다.
1 is a block diagram exemplarily illustrating a spike neural network circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating in more detail synapses of the synaptic circuit of FIG. 1 and neurons of the neuron circuit.
FIG. 3 exemplarily shows a block diagram of the comparator of FIG. 2 .
FIG. 4 exemplarily shows a block diagram of the comparator of FIG. 2 .
FIG. 5 exemplarily shows a timing diagram illustrating an operation of the comparator of FIG. 4 .
FIG. 6 exemplarily shows a timing diagram illustrating an operation of the comparator of FIG. 4 .
7 is a block diagram illustrating in more detail the synapses of the synaptic circuit of FIG. 1 and the neurons of the neuron circuit.
FIG. 8 exemplarily shows a block diagram of the comparator of FIG. 7 .
9 exemplarily shows a block diagram of the comparator of FIG. 7 .

아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described clearly and in detail to the extent that those skilled in the art can easily practice the present invention.

본 발명은 뉴럴 네트워크(neural network)의 연산을 수행하기 위해 반도체 장치에서 구현된 회로에 관한 것이다. 본 발명의 뉴럴 네트워크는 생물학적인 뉴럴 네트워크와 유사한 방식으로 데이터 또는 정보를 처리할 수 있는 인공 뉴럴 네트워크(ANN)일 수 있다. 뉴럴 네트워크는 생물학적 뉴런과 유사한 인공 뉴런들을 포함하는 다수의 레이어들(layers)과 다수의 레이어들을 연결하는 시냅스들을 포함할 수 있다. 이하에서, 짧은 시간 동안에 토글링(toggling)하는 펄스 형태를 갖는 스파이크 신호를 처리하는 스파이크 뉴럴 네트워크가 대표적으로 설명될 것이나, 본 발명의 실시 예에 따른 회로는 스파이크 뉴럴 네트워크에 한정되지 않고 다른 뉴럴 네트워크를 구현하는데 사용될 수도 있다.The present invention relates to a circuit implemented in a semiconductor device for performing computation of a neural network. The neural network of the present invention may be an artificial neural network (ANN) capable of processing data or information in a manner similar to a biological neural network. The neural network may include a plurality of layers including artificial neurons similar to biological neurons and synapses connecting the plurality of layers. Hereinafter, a spike neural network that processes a spike signal having a toggling pulse form for a short time will be representatively described. However, the circuit according to an embodiment of the present invention is not limited to the spike neural network and other neural networks It can also be used to implement

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스파이크 뉴럴 네트워크 회로를 예시적으로 도시하는 블록도이다. 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100)는 축색돌기 회로(110), 시냅스 회로(120), 및 뉴런 회로(130)를 포함할 수 있다.1 is a block diagram exemplarily illustrating a spike neural network circuit according to an embodiment of the present invention. The spike neural network circuit 100 may include an axon circuit 110 , a synaptic circuit 120 , and a neuron circuit 130 .

축색돌기 회로(110)는 입력 스파이크 신호들을 생성하는 축색돌기(axon)들을 포함할 수 있다. 축색돌기 회로(110)의 축색돌기는 생물학적 뉴럴 네트워크의 축색돌기와 유사하게 다른 뉴런에 신호를 출력하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 축색돌기 회로(110)의 축색돌기들 각각은 외부로부터 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100)로 입력된 데이터 또는 정보에 기초하여 입력 스파이크 신호를 생성할 수 있다. 다른 예를 들어, 축색돌기 회로(110)의 축색돌기들 각각은 먼저 시냅스 회로(120)로 전송된 입력 스파이크 신호들에 따라 뉴런 회로(130)로부터 출력되는 출력 스파이크 신호들을 수신하고(피드백(feedback)) 출력 스파이크 신호들에 기초하여 새로운 입력 스파이크 신호를 생성할 수 있다. 입력 스파이크 신호는 짧은 시간 동안에 토글링하는 펄스 신호일 수 있다. 축색돌기 회로(110)는 입력 스파이크 신호들을 생성하고 시냅스 회로(120)로 전송할 수 있다.The axon circuit 110 may include axons that generate input spike signals. The axon of the axon circuit 110 may perform a function of outputting a signal to another neuron similarly to an axon of a biological neural network. For example, each of the axons of the axon circuit 110 may generate an input spike signal based on data or information input to the spike neural network circuit 100 from the outside. For another example, each of the axons of the axon circuit 110 first receives the output spike signals output from the neuron circuit 130 according to the input spike signals transmitted to the synaptic circuit 120 (feedback) )) may generate a new input spike signal based on the output spike signals. The input spike signal may be a pulse signal that toggles for a short time. The axon circuit 110 may generate input spike signals and transmit them to the synaptic circuit 120 .

시냅스 회로(120)는 축색돌기 회로(110)와 뉴런 회로(130)를 연결할 수 있다. 시냅스 회로(120)는 축색돌기 회로(110)의 축색돌기들과 뉴런 회로(130)의 뉴런들의 연결 여부 및 연결 강도를 결정하는 시냅스들(121)을 포함할 수 있다. 시냅스들(121) 각각은 고유의 가중치를 가질 수 있다. 시냅스들(121) 각각은 입력 스파이크 신호를 수신하고, 입력 스파이크 신호에 가중치를 적용할 수 있다. 가중치는 상술한 축색돌기와 뉴런간의 상관 관계, 축색돌기 회로(110)의 축색돌기들과 뉴런 회로(130)의 뉴런들간의 연결 강도, 입력 스파이크 신호에 대한 뉴런 회로(130)의 (후속) 뉴런의 상관 관계 등을 나타내는 수치화된 값일 수 있다. 시냅스들(121) 각각은 입력 스파이크 신호에 따라 가중치를 뉴런 회로(130)로 출력할 수 있다. 시냅스들(121) 각각은 입력 스파이크 신호와 가중치에 기초하여 연산 신호를 생성하고 연산 신호를 뉴런 회로(130)로 출력할 수 있다.The synaptic circuit 120 may connect the axon circuit 110 and the neuron circuit 130 . The synaptic circuit 120 may include synapses 121 that determine whether or not the axon of the axon circuit 110 and the neurons of the neuron circuit 130 are connected and the strength of the connection. Each of the synapses 121 may have a unique weight. Each of the synapses 121 may receive an input spike signal and apply a weight to the input spike signal. The weight is the above-described correlation between the axon and the neuron, the strength of the connection between the axons of the axon circuit 110 and the neurons of the neuron circuit 130, and the (following) neuron of the neuron circuit 130 for the input spike signal. It may be a numerical value indicating a correlation or the like. Each of the synapses 121 may output a weight to the neuron circuit 130 according to the input spike signal. Each of the synapses 121 may generate an operation signal based on the input spike signal and a weight and output the operation signal to the neuron circuit 130 .

스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100)는 다수의 뉴런들을 각각 포함하는 복수의 레이어들을 포함할 수 있다. 시냅스 회로(120)의 일부 시냅스들(121)은 제 1 레이어와 제 2 레이어의 상관 관계를 나타낼 수 있고, 시냅스 회로(120)의 다른 시냅스들(121)은 제 3 레이어와 제 4 레이어의 상관 관계를 나타낼 수 있다. 즉, 시냅스 회로(120)의 시냅스들(121)은 여러 레이어들간의 상관 관계들을 나타낼 수 있다.The spike neural network circuit 100 may include a plurality of layers each including a plurality of neurons. Some synapses 121 of the synaptic circuit 120 may represent a correlation between the first layer and the second layer, and other synapses 121 of the synaptic circuit 120 may show a correlation between the third layer and the fourth layer. relationship can be expressed. That is, the synapses 121 of the synapse circuit 120 may represent correlations between various layers.

도 1을 참조하면, 시냅스들(121)은 2차원 어레이(array) 상에 배치되는 것으로 도시되었다. 입력 스파이크 신호들은 축색돌기 회로(110)에서 시냅스 회로(120)를 향하는 제 1 방향으로 전송될 수 있다. 입력 스파이크 신호에 가중치가 적용된 연산 신호(즉, 연산 결과)는 시냅스 회로(120)에서 뉴런 회로(130)로 향하는 제 2 방향으로 전송될 수 있다. 예를 들어, 제 1 방향과 제 2 방향은 서로 수직할 수 있다. 다만, 도 1의 도시와 달리, 시냅스들(121)은 3차원 어레이 상에 배치될 수도 있다.Referring to Figure 1, the synapses 121 are shown to be arranged on a two-dimensional array (array). The input spike signals may be transmitted in a first direction from the axon circuit 110 to the synaptic circuit 120 . The calculation signal (ie, the calculation result) in which the weight is applied to the input spike signal may be transmitted in a second direction from the synaptic circuit 120 to the neuron circuit 130 . For example, the first direction and the second direction may be perpendicular to each other. However, unlike the illustration of FIG. 1 , the synapses 121 may be disposed on a three-dimensional array.

뉴런 회로(130)의 뉴런들(131)은 시냅스 회로(120)에서 입력 스파이크 신호들에 가중치들이 적용된 연산 신호들을 각각 수신할 수 있다. 뉴런들(131) 각각은 생물학적 뉴럴 네트워크의 수상돌기와 유사하게 다른 뉴런에서 출력된 신호를 수신하는 기능을 수행할 수 있다. 도 1을 참조하면, 뉴런들(131) 각각은 제 2 방향을 따라 배치되는 시냅스들(121)과 연결될 수 있고 그 시냅스들(121)로부터 출력되는 연산 신호들을 수신할 수 있다. 뉴런들(131) 각각에서 제 2 방향을 따라 배치되는 시냅스들(121)의 연산 신호들이 누적될 수 있다. 다만, 뉴런들(131) 각각과 연결되는 시냅스들(121)의 개수, 배치 등은 도 1에서 도시된 것으로 한정되지 않는다.The neurons 131 of the neuron circuit 130 may receive operation signals in which weights are applied to the input spike signals in the synaptic circuit 120 , respectively. Each of the neurons 131 may perform a function of receiving a signal output from another neuron, similar to a dendrite of a biological neural network. Referring to FIG. 1 , each of the neurons 131 may be connected to synapses 121 disposed along the second direction and may receive operation signals output from the synapses 121 . Operation signals of the synapses 121 arranged along the second direction in each of the neurons 131 may be accumulated. However, the number, arrangement, etc. of the synapses 121 connected to each of the neurons 131 are not limited to those illustrated in FIG. 1 .

뉴런들(131) 각각은 시냅스들(121)의 연산 신호들이 누적된 합계 신호와 임계 신호(즉, 기준 신호)를 비교하고 합계 신호가 임계 신호보다 크면 출력 스파이크 신호를 생성할 수 있다(즉, 뉴런의 발화(fire)). 뉴런 회로(130)의 출력 스파이크 신호들은 축색돌기 회로(110)로 다시 제공되거나, 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100)의 외부로 출력되거나, 또는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100)의 다른 구성 요소로 출력될 수 있다.Each of the neurons 131 may compare the sum signal accumulated by the operation signals of the synapses 121 with a threshold signal (ie, a reference signal) and generate an output spike signal when the sum signal is greater than the threshold signal (ie, neuron fire). Output spike signals of the neuron circuit 130 may be provided back to the axon circuit 110, output to the outside of the spike neural network circuit 100, or output to other components of the spike neural network circuit 100 have.

도 2는 도 1의 시냅스 회로의 시냅스들과 뉴런 회로의 뉴런을 좀 더 구체적으로 도시하는 블록도이다. 도 2는 도 1을 참조하여 설명될 것이다. 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100_1)는 제 1 내지 제 3 시냅스들(121_1~121_3) 및 뉴런(131_1)을 포함할 수 있다. 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100_1)는 도 1의 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100)이고, 설명의 편의를 위해, 축색돌기 회로(110)의 도시는 생략되었고, 시냅스 회로(120)의 일부 시냅스들(121_1, 121_2, 121_3)만 도시되었고, 그리고 뉴런 회로(130)의 하나의 뉴런(131_1)만이 도 2에서 도시되었다.FIG. 2 is a block diagram illustrating in more detail synapses of the synaptic circuit of FIG. 1 and neurons of the neuron circuit. FIG. 2 will be described with reference to FIG. 1 . The spike neural network circuit 100_1 may include first to third synapses 121_1 to 121_3 and a neuron 131_1 . The spike neural network circuit 100_1 is the spike neural network circuit 100 of FIG. 1 , and for convenience of explanation, the illustration of the axon circuit 110 is omitted, and some synapses 121_1 of the synaptic circuit 120, Only 121_2 and 121_3 are shown, and only one neuron 131_1 of the neuron circuit 130 is shown in FIG. 2 .

제 1 시냅스(121_1)는 트랜지스터(MP1) 및 전류원(CS1)을 포함할 수 있다. 전류원(CS1)은 제 1 가중치(가중치1)를 수신하고 제 1 가중치에 대응하는 전류를 생성할 수 있다. 예를 들어, 전류원(CS1)은 전원 전압(VDD)과 트랜지스터(MP1) 사이에 연결되는 트랜지스터일 수 있다. 전류원(CS1)의 트랜지스터는 게이트 단자를 통해 제 1 가중치를 나타내는 전압을 수신할 수 있다. 전류원(CS1)의 트랜지스터의 소스 단자 전원 전압(VDD)과 연결될 수 있다. 전류원(CS1)의 트랜지스터의 드레인 단자는 트랜지스터(MP1)의 소스 단자와 연결될 수 있다. 트랜지스터의 소스 단자와 드레인 단자 각각은 제 1 단 또는 제 2 단으로도 지칭될 수 있다. 전류원(CS1)은 제 1 가중치에 대응하는 전류를 트랜지스터(MP1)로 출력할 수 있다.The first synapse 121_1 may include a transistor MP1 and a current source CS1. The current source CS1 may receive the first weight (weight 1) and generate a current corresponding to the first weight. For example, the current source CS1 may be a transistor connected between the power supply voltage VDD and the transistor MP1. The transistor of the current source CS1 may receive a voltage representing the first weight through a gate terminal. It may be connected to a source terminal power voltage VDD of the transistor of the current source CS1 . A drain terminal of the transistor of the current source CS1 may be connected to a source terminal of the transistor MP1. Each of the source and drain terminals of the transistor may also be referred to as a first end or a second end. The current source CS1 may output a current corresponding to the first weight to the transistor MP1.

트랜지스터(MP1)는 게이트 단자를 통해 제 1 입력 스파이크 신호(입력1; 예를 들어, 네거티브 펄스(negative pulse) 신호)를 수신할 수 있다. 트랜지스터(MP1)의 소스 단자는 전류원(CS1)과 연결될 수 있다. 트랜지스터(MP1)의 드레인 단자는 전송 라인과 연결될 수 있다. 트랜지스터(MP1)는 제 1 입력 스파이크 신호에 따라 턴 온되거나 턴 오프되는 스위치일 수 있다. 트랜지스터(MP1)는 제 1 입력 스파이크 신호에 따라 턴 온되면, 제 1 입력 스파이크 신호에 따라 전류원(CS1)에서 출력되는 전류, 즉 연산 신호를 전송 라인으로 출력할 수 있다. 제 1 시냅스(121_1)는 제 1 입력 스파이크 신호와 제 1 가중치에 기초하여 제 1 연산 신호(연산1)를 생성할 수 있다. 제 1 연산 신호는 제 1 입력 스파이크 신호와 제 1 가중치의 곱에 의하여 결정될 수 있다.The transistor MP1 may receive a first input spike signal (input 1; for example, a negative pulse signal) through a gate terminal. The source terminal of the transistor MP1 may be connected to the current source CS1 . A drain terminal of the transistor MP1 may be connected to a transmission line. The transistor MP1 may be a switch that is turned on or off according to the first input spike signal. When the transistor MP1 is turned on according to the first input spike signal, the transistor MP1 may output a current output from the current source CS1 according to the first input spike signal, ie, an operation signal, to the transmission line. The first synapse 121_1 may generate a first operation signal (operation 1) based on the first input spike signal and the first weight. The first operation signal may be determined by a product of the first input spike signal and the first weight.

실시 예에 있어서, 트랜지스터(MP1)는 PMOS(p-channel metal-oxide semiconductor)인 것으로 도시되었으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. PMOS, NMOS(n-channel metal-oxide semiconductor), 또는 PMOS와 NMOS의 조합이 스위치로서 구현될 수 있다. 전류원(CS1)의 트랜지스터도 PMOS, NMOS, 또는 PMOS와 NMOS의 조합이 사용될 수 있다.In the embodiment, the transistor MP1 is illustrated as a p-channel metal-oxide semiconductor (PMOS), but the scope of the present invention is not limited thereto. PMOS, n-channel metal-oxide semiconductor (NMOS), or a combination of PMOS and NMOS may be implemented as the switch. The transistor of the current source CS1 may also be PMOS, NMOS, or a combination of PMOS and NMOS.

실시 예에 있어서, 제 1 시냅스(121_1)는 DAC(digital to analog converter)를 더 포함할 수 있다. 제 1 시냅스(121_1)의 DAC는 제 1 가중치를 나타내는 디지털 비트들을 수신하고 제 1 가중치를 나타내는 전압을 전류원(CS1)으로 출력할 수 있다. 제 1 시냅스(121_1)는 디지털 비트들을 저장하는 레지스터, 메모리 셀(예를 들어, SRAM(static random access memory) 셀, DRAM(dynamic random access memory cell) 셀, 래치(latch), 낸드 플래시 메모리 셀, 노어 플래시 메모리 셀, RRAM(resistive random access memory) 셀, FRAM(ferroelectric random access memory) 셀, PRAM(phase change random access memory) 셀, MRAM(magnetic random access memory) 셀) 등을 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the first synapse 121_1 may further include a digital to analog converter (DAC). The DAC of the first synapse 121_1 may receive digital bits indicating the first weight and output a voltage indicating the first weight to the current source CS1 . The first synapse 121_1 is a register storing digital bits, a memory cell (eg, a static random access memory (SRAM) cell, a dynamic random access memory cell (DRAM) cell, a latch, a NAND flash memory cell, It may further include a NOR flash memory cell, a resistive random access memory (RRAM) cell, a ferroelectric random access memory (FRAM) cell, a phase change random access memory (PRAM) cell, a magnetic random access memory (MRAM) cell, and the like.

실시 예에 있어서, 도 2에서 도시된 것과 같이, 제 1 시냅스(121_1)는 단지 전류원(CS1)과 트랜지스터(MP1)만을 포함하고, 상술한 DAC 및 디지털 비트들을 저장하는 레지스터들 또는 메모리 셀들은 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100)가 구현된 반도체 장치 내에 포함되지만 시냅스 회로(120)와 분리될 수 있다. 이 경우, 시냅스 회로(120)와 분리된 DAC는 시냅스 회로(120)로 가중치를 나타내는 전압을 전송하거나 또는 디지털 비트들을 저장하는 레지스터들 또는 메모리 셀들은 디지털 비트들을 시냅스 회로(120)로 전송할 수 있다. 어느 경우든, 제 1 시냅스(121_1)의 전류원(CS1)은 제 1 가중치를 나타내는 전압을 수신할 수 있다.In an embodiment, as shown in FIG. 2 , the first synapse 121_1 includes only a current source CS1 and a transistor MP1, and registers or memory cells storing the above-described DAC and digital bits spike Although the neural network circuit 100 is included in the implemented semiconductor device, it may be separated from the synaptic circuit 120 . In this case, the DAC separated from the synaptic circuit 120 may transmit a voltage representing a weight to the synaptic circuit 120 or registers or memory cells storing digital bits may transmit digital bits to the synaptic circuit 120 . . In either case, the current source CS1 of the first synapse 121_1 may receive a voltage representing the first weight.

제 2 시냅스(121_2)는 제 1 시냅스(121_1)와 동일하게 구현될 수 있다. 제 2 시냅스(121_2)는 제 2 가중치(가중치2)를 나타내는 전압을 수신할 수 있고 제 2 입력 스파이크 신호(입력2)를 수신할 수 있다. 제 2 시냅스(121_2)는 제 2 입력 스파이크 신호와 제 2 가중치에 기초하여 제 2 연산 신호(연산2)를 생성할 수 있다. 제 3 시냅스(121_3)는 제 1 시냅스(121_1)와 동일하게 구현될 수 있다. 제 3 시냅스(121_3)는 제 3 가중치(가중치3)를 나타내는 전압을 수신할 수 있고 제 3 입력 스파이크 신호(입력3)를 수신할 수 있다. 제 3 시냅스(121_3)는 제 3 입력 스파이크 신호와 제 3 가중치에 기초하여 제 3 연산 신호(연산3)를 생성할 수 있다. 여기서, 제 1 내지 제 3 가중치들은 서로 동일하거나 상이할 수 있고 제 1 내지 제 3 입력 스파이크 신호들도 서로 동일하거나 상이할 수 있다.The second synapse 121_2 may be implemented in the same way as the first synapse 121_1 . The second synapse 121_2 may receive a voltage representing a second weight (weight 2) and may receive a second input spike signal (input 2). The second synapse 121_2 may generate a second operation signal (operation 2) based on the second input spike signal and the second weight. The third synapse 121_3 may be implemented in the same way as the first synapse 121_1 . The third synapse 121_3 may receive a voltage representing a third weight (weight 3) and may receive a third input spike signal (input 3). The third synapse 121_3 may generate a third operation signal (operation 3) based on the third input spike signal and the third weight. Here, the first to third weights may be the same as or different from each other, and the first to third input spike signals may also be the same or different from each other.

뉴런(131_1)은 제 1 내지 제 3 시냅스들(121_1~121_3)로부터 출력되는 연산 신호들이 합쳐진 멤브레인 신호(합계 신호)와 임계 신호를 비교하는 비교기(132_1)를 포함할 수 있다. 멤브레인 신호는 연산 신호들에 기초하여 생성될 수 있다. 비교기(132_1)는 멤브레인 신호의 전압(Vm)과 임계 신호의 전압(Vth)을 비교할 수 있다. 뉴런(131_1)은 비교기(132_1)의 비교 결과에 기초하여 출력 스파이크 신호(출력)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 뉴런(131_1)은 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 임계 신호의 전압(Vth)보다 커지면(높아지면) 또는 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 임계 신호의 전압(Vth)에 도달하면, 출력 스파이크 신호를 출력할 수 있다(발화). 다른 예를 들어, 뉴런(131_1)은 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 임계 신호의 전압(Vth)보다 작아지면(낮아지면) 또는 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 임계 신호의 전압(Vth)에 도달하면, 출력 스파이크 신호를 출력할 수 있다(발화).The neuron 131_1 may include a comparator 132_1 that compares a threshold signal with a membrane signal (sum signal) in which operation signals output from the first to third synapses 121_1 to 121_3 are combined. The membrane signal may be generated based on the computational signals. The comparator 132_1 may compare the voltage Vm of the membrane signal and the voltage Vth of the threshold signal. The neuron 131_1 may generate an output spike signal (output) based on the comparison result of the comparator 132_1 . For example, when the voltage (Vm) of the membrane signal becomes greater (higher) than the voltage (Vth) of the threshold signal, or when the voltage (Vm) of the membrane signal reaches the voltage (Vth) of the threshold signal, An output spike signal can be output (fired). For another example, the neuron 131_1 has a voltage (Vm) of the membrane signal becomes smaller (lower) than the voltage (Vth) of the threshold signal, or when the voltage (Vm) of the membrane signal reaches the voltage (Vth) of the threshold signal Then, an output spike signal can be output (ignition).

뉴런(131_1)은 바이어스 회로(133_1)를 포함할 수 있다. 바이어스 회로(133_1)는 멤브레인 신호에 따라 조건적으로 바이어스 전류를 비교기(132_1)에 공급할 수 있다. 비교기(132_1)는 바이어스 전류에 기초하여 비교 동작을 수행할 수 있고 바이어스 전류에 의하여 작동될 수 있다. 바이어스 회로(133_1)는 비교기(132_1)와 분리되어 구현될 수도 있고 비교기(132_1)에 포함될 수도 있다. 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100)는 입력 스파이크 신호와 출력 스파이크 신호를 기반으로 동작하므로, 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 임계 신호의 전압(Vth)보다 큰 구간은 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 임계 신호의 전압(Vth)보다 작은 구간보다 상대적으로 짧다. 뉴런(131_1)은 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 임계 신호의 전압(Vth)보다 작은 구간에서 대부분 동작할 수 있고, 뉴런(131_1)의 비교 동작은 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 상대적으로 높을 때에만 필요할 것이다.The neuron 131_1 may include a bias circuit 133_1 . The bias circuit 133_1 may conditionally supply a bias current to the comparator 132_1 according to the membrane signal. The comparator 132_1 may perform a comparison operation based on the bias current and may be operated by the bias current. The bias circuit 133_1 may be implemented separately from the comparator 132_1 or may be included in the comparator 132_1 . Since the spike neural network circuit 100 operates based on the input spike signal and the output spike signal, in a section in which the voltage (Vm) of the membrane signal is greater than the voltage (Vth) of the threshold signal, the voltage (Vm) of the membrane signal is the threshold signal It is relatively shorter than a section smaller than the voltage (Vth) of Most of the neuron 131_1 may operate in a section in which the voltage Vm of the membrane signal is smaller than the voltage Vth of the threshold signal, and the comparison operation of the neuron 131_1 is performed when the voltage Vm of the membrane signal is relatively high. only will be needed

바이어스 회로(133_1)는 바이어스 전류를 지속적으로 공급하지 않을 수 있다. 바이어스 회로(133_1)는 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 상대적으로 낮을 때에는 바이어스 전류를 비교기(132_1)로 공급하지 않고 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 상대적으로 높을 때에는 바이어스 전류를 비교기(132_1)로 공급할 수 있다. 따라서, 비교기(132_1)에서 소모되는 전류 및 전력이 감소 또는 최소화될 수 있다. 특히, 뉴런 회로(130)의 뉴런들(131)의 개수가 증가할수록, 상술한 전류 및 전력 감소가 더욱 효과적이다. 바이어스 전류는 동작 조건(멤브레인 신호의 전압 레벨)에 따라 조건적으로 공급되므로 조건적 바이어스 전류로도 지칭될 수 있고 바이어스 회로(133_1)는 조건적 바이어스 회로로도 지칭될 수 있다.The bias circuit 133_1 may not continuously supply a bias current. The bias circuit 133_1 does not supply the bias current to the comparator 132_1 when the voltage Vm of the membrane signal is relatively low, and supplies the bias current to the comparator 132_1 when the voltage Vm of the membrane signal is relatively high. can Accordingly, current and power consumed by the comparator 132_1 may be reduced or minimized. In particular, as the number of neurons 131 of the neuron circuit 130 increases, the above-described current and power reduction are more effective. Since the bias current is conditionally supplied according to an operating condition (the voltage level of the membrane signal), it may also be referred to as a conditional bias current, and the bias circuit 133_1 may also be referred to as a conditional bias circuit.

스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100_1)는 제 1 내지 제 3 시냅스들(121_1~121_3)에서 출력되는 제 1 내지 제 3 연신 신호들(전류들)에 의해 전하들이 누적되는 커패시터(Cm)를 포함할 수 있다. 커패시터(Cm)의 제 1 단은 제 1 내지 제 3 시냅스들(121_1~121_3)과 연결될 수 있고 커패시터(Cm)의 제 2 단은 전원 전압(GND)과 연결될 수 있다. 커패시터(Cm)는 제 1 내지 제 3 시냅스들(121_1~121_3)에서 출력되고 제 1 내지 제 3 가중치들에 대응하는 전류들에 의해 충전될 수 있다. 커패시터(Cm)의 전압(Vm)은 멤브레인 신호의 전압(Vm)이고 제 1 내지 제 3 시냅스들(121_1~121_3)에서 출력되는 전류들이 누적된 값일 수 있다. 커패시터(Cm)의 전압(Vm)은 제 1 내지 제 3 입력 스파이크 신호들에 제 1 내지 제 3 시냅스들(121_1~121_3)에서 출력되는 제 1 내지 제 3 가중치들에 의해 결정되는 값일 수 있다. 커패시터(Cm)의 전압(Vm)은 뉴런(131_1)으로 제공될 수 있다. 전송 라인을 통해 커패시터(Cm)와 연결되는 시냅스들의 개수는 3개인 것으로 도 2에서 도시되었으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100)는 다른 시냅스들에서 출력되는 전류들에 의해 전하들이 누적되는 다른 커패시터들을 더 포함할 수 있다. 커패시터(Cm)는 멤브레인(membrane) 커패시터 또는 멤브레인으로 지칭될 수 있다.The spike neural network circuit 100_1 may include a capacitor Cm in which charges are accumulated by the first to third extension signals (currents) output from the first to third synapses 121_1 to 121_3. . A first end of the capacitor Cm may be connected to the first to third synapses 121_1 to 121_3 , and a second end of the capacitor Cm may be connected to the power supply voltage GND. The capacitor Cm may be output from the first to third synapses 121_1 to 121_3 and be charged by currents corresponding to the first to third weights. The voltage Vm of the capacitor Cm is the voltage Vm of the membrane signal and may be an accumulated value of currents output from the first to third synapses 121_1 to 121_3. The voltage Vm of the capacitor Cm may be a value determined by first to third weights output from the first to third synapses 121_1 to 121_3 to the first to third input spike signals. The voltage Vm of the capacitor Cm may be provided to the neuron 131_1 . Although the number of synapses connected to the capacitor Cm through the transmission line is illustrated in FIG. 2 as being three, the scope of the present invention is not limited thereto. The spike neural network circuit 100 may further include other capacitors in which charges are accumulated by currents output from other synapses. The capacitor Cm may be referred to as a membrane capacitor or a membrane.

스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100_1)는 누설 신호에 따라 커패시터(Cm)에 누적된 전하를 방전시키는 트랜지스터(MN1)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(MN1)는 게이트 단자를 통해 누설 신호를 수신할 수 있다. 트랜지스터(MN1)는 커패시터(Cm)와 전원 전압(GND) 사이에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN1)는 커패시터(Cm)와 병렬로 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN1)는 제 1 내지 제 3 시냅스들(121_1~121_3)에서 출력되는 연신 신호들이 커패시터(Cm)에 누적되는 속도를 제어할 수 있다. 누설 신호의 전압은 사전에 정의될 수 있다. 트랜지스터(MN1)는 NMOS인 것으로 도 2에서 도시되었으나, PMOS, NMOS, 또는 PMOS와 NMOS의 조합을 이용하여 구현될 수도 있다.The spike neural network circuit 100_1 may include a transistor MN1 that discharges charges accumulated in the capacitor Cm according to a leakage signal. The transistor MN1 may receive a leakage signal through a gate terminal. The transistor MN1 may be connected between the capacitor Cm and the power supply voltage GND. The transistor MN1 may be connected in parallel with the capacitor Cm. The transistor MN1 may control a speed at which stretch signals output from the first to third synapses 121_1 to 121_3 are accumulated in the capacitor Cm. The voltage of the leakage signal may be predefined. The transistor MN1 is illustrated in FIG. 2 as being an NMOS, but may be implemented using PMOS, NMOS, or a combination of PMOS and NMOS.

실시 예에 있어서, 도 2에서 도시된 것과 달리, 제 1 내지 제 3 시냅스들(121_1~121_3)의 트랜지스터들(MP1~MP3, CS1~CS3)은 전송 라인과 전원 전압(GND) 사이에 연결되는 NMOS를 이용하여 각각 구현될 수도 있다. 이 경우, 커패시터(Cm)는 전송 라인과 전원 전압(VDD) 사이에 연결될 수 있고 트랜지스터(MN1)는 NMOS 대신에 PMOS를 이용하여 구현될 수 있다.In an embodiment, unlike shown in FIG. 2 , the transistors MP1 to MP3 and CS1 to CS3 of the first to third synapses 121_1 to 121_3 are connected between the transmission line and the power supply voltage GND. Each may be implemented using NMOS. In this case, the capacitor Cm may be connected between the transmission line and the power supply voltage VDD, and the transistor MN1 may be implemented using PMOS instead of NMOS.

도 3은 도 2의 비교기의 블록도를 예시적으로 도시한다. 도 3은 도 2를 참조하여 설명될 것이다. 비교기(132_1a)는 도 2의 비교기(132_1)일 수 있고 바이어스 회로(133_1a)는 비교기(132_1a)에 포함될 수 있고 도 2의 바이어스 회로(133_1)일 수 있다.FIG. 3 exemplarily shows a block diagram of the comparator of FIG. 2 . FIG. 3 will be described with reference to FIG. 2 . The comparator 132_1a may be the comparator 132_1 of FIG. 2 , and the bias circuit 133_1a may be included in the comparator 132_1a and may be the bias circuit 133_1 of FIG. 2 .

바이어스 회로(133_1a)는 멤브레인 신호의 전압(Vm)을 게이트 단자를 통해 수신하는 트랜지스터(MN2)와 제 1 바이어스 신호의 전압(Vbias1)을 게이트 단자를 통해 수신하는 트랜지스터(MN3)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(MN2)는 멤브레인 신호의 전압(Vm)에 따라 턴 온되거나 턴 오프될 수 있다. 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 트랜지스터(MN2)의 문턱 전압보다 크면 트랜지스터(MN2)가 턴 온될 수 있다. 트랜지스터(MN2)의 드레인 단자는 트랜지스터(MN3)의 소스 단자에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN2)의 소스 단자는 전원 전압(GND)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN3)는 제 1 바이어스 신호의 전압(Vbias1)에 기초하여 바이어스 전류를 생성할 수 있다. 트랜지스터(MN3)의 드레인 단자는 노드(n1; 공통 노드)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN3)의 소스 단자는 트랜지스터(MN2)의 드레인 단자에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN2)가 턴 온되면 트랜지스터(MN2)를 통해 트랜지스터(MN3)의 바이어스 전류가 비교기(132_1a)에 공급될 수 있고 트랜지스터(MN2)가 턴 오프되면 트랜지스터(MN2)를 통해 트랜지스터(MN3)의 바이어스 전류가 비교기(132_1a)에 공급되지 않을 수 있다. 트랜지스터(MN2)가 턴 온되는 경우에만 트랜지스터(MN2)를 통해 트랜지스터(MN3)의 바이어스 전류가 흐를 수 있고 바이어스 전류와 전원 전압(VDD)에 의한 전력이 소모될 수 있다. 여기서, 비교기(132_1a)의 전원 전압(VDD)은 시냅스들(121)의 전원 전압(VDD)과 동일하거나 상이할 수 있다.The bias circuit 133_1a may include a transistor MN2 receiving the voltage Vm of the membrane signal through the gate terminal and the transistor MN3 receiving the voltage Vbias1 of the first bias signal through the gate terminal. . The transistor MN2 may be turned on or off according to the voltage Vm of the membrane signal. When the voltage Vm of the membrane signal is greater than the threshold voltage of the transistor MN2 , the transistor MN2 may be turned on. A drain terminal of the transistor MN2 may be connected to a source terminal of the transistor MN3 . The source terminal of the transistor MN2 may be connected to the power supply voltage GND. The transistor MN3 may generate a bias current based on the voltage Vbias1 of the first bias signal. A drain terminal of the transistor MN3 may be connected to a node n1 (common node). A source terminal of the transistor MN3 may be connected to a drain terminal of the transistor MN2 . When the transistor MN2 is turned on, the bias current of the transistor MN3 may be supplied to the comparator 132_1a through the transistor MN2. When the transistor MN2 is turned off, the bias current of the transistor MN3 may be supplied through the transistor MN2. A bias current may not be supplied to the comparator 132_1a. Only when the transistor MN2 is turned on, the bias current of the transistor MN3 may flow through the transistor MN2 and power by the bias current and the power supply voltage VDD may be consumed. Here, the power supply voltage VDD of the comparator 132_1a may be the same as or different from the power supply voltage VDD of the synapses 121 .

도 3을 참조하면, 트랜지스터들(MN2, MN3)은 직렬로 연결될 수 있다. 도 3에서 도시된 것과 달리, 트랜지스터(MN2)가 노드(n1)와 트랜지스터(MN3) 사이에 연결되고 트랜지스터(MN3)가 트랜지스터(MN2)와 전원 전압(GND) 사이에 연결될 수 있다. 트랜지스터들(MN2, MN3)은 NMOS, PMOS, 또는 NMOS와 PMOS의 조합을 이용하여 구현될 수 있다.Referring to FIG. 3 , transistors MN2 and MN3 may be connected in series. 3 , the transistor MN2 may be connected between the node n1 and the transistor MN3 , and the transistor MN3 may be connected between the transistor MN2 and the power supply voltage GND. The transistors MN2 and MN3 may be implemented using NMOS, PMOS, or a combination of NMOS and PMOS.

비교기(132_1a)는 임계 신호를 게이트 단자를 통해 수신하는 트랜지스터(MN4)와 멤브레인 신호를 게이트 단자를 통해 수신하는 트랜지스터(MN5)를 포함할 수 있다. 트랜지스터들(MN4, MN5)의 소스 단자들은 노드(n1)에 공통으로 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN4)의 드레인 단자는 노드(n2)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN5)의 드레인 단자는 노드(n3)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN4)는 임계 신호의 전압(Vth)에 따라 노드들(n1, n2) 사이에서 흐르는 전류를 생성할 수 있다. 트랜지스터(MN5)는 멤브레인 신호의 전압(Vm)에 따라 노드들(n1, n3) 사이에서 흐르는 전류를 생성할 수 있다. 트랜지스터들(MN4, MN5)은 임계 신호와 멤브레인 신호에 대한 비교 동작을 수행하기 위한 스위치 역할을 수행할 수 있다.The comparator 132_1a may include a transistor MN4 receiving a threshold signal through a gate terminal and a transistor MN5 receiving a membrane signal through a gate terminal. Source terminals of the transistors MN4 and MN5 may be commonly connected to the node n1 . A drain terminal of the transistor MN4 may be connected to the node n2 . A drain terminal of the transistor MN5 may be connected to the node n3 . The transistor MN4 may generate a current flowing between the nodes n1 and n2 according to the voltage Vth of the threshold signal. The transistor MN5 may generate a current flowing between the nodes n1 and n3 according to the voltage Vm of the membrane signal. The transistors MN4 and MN5 may serve as a switch for performing a comparison operation on the threshold signal and the membrane signal.

비교기(132_1a)는 노드(n2)와 전원 전압(VDD) 사이에 연결되는 트랜지스터(MP4)와 노드(n3)와 전원 전압(VDD) 사이에 연결되는 트랜지스터(MP5)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(MP4)의 게이트 단자와 드레인 단자는 서로 연결될 수 있다(다이오드 연결). 트랜지스터(MP5)의 게이트 단자는 노드(n2)에 연결될 수 있다. 트랜지스터들(MP4, MP5)은 높은 임피던스를 비교기(132_1a)의 부하 단에 제공함으로써 임계 신호의 전압(Vth)과 멤브레인 신호의 전압(Vm) 간의 차이를 증폭하는 비교기(132_1a)의 증폭률을 높일 수 있다. 트랜지스터(MP5)를 통해 흐르는 전류와 트랜지스터(MN5)를 통해 흐르는 전류의 비율에 따라 노드(n3)의 전압이 결정될 수 있다. 트랜지스터들(MN2, MN3, MN4, MN5, MP4, MP5)은 비교기(132_1a)의 제 1 스테이지를 구성할 수 있다.The comparator 132_1a may include a transistor MP4 connected between the node n2 and the power supply voltage VDD and a transistor MP5 connected between the node n3 and the power supply voltage VDD. The gate terminal and the drain terminal of the transistor MP4 may be connected to each other (diode connection). A gate terminal of the transistor MP5 may be connected to the node n2 . The transistors MP4 and MP5 provide a high impedance to the load end of the comparator 132_1a to increase the amplification factor of the comparator 132_1a, which amplifies the difference between the voltage Vth of the threshold signal and the voltage Vm of the membrane signal. have. The voltage of the node n3 may be determined according to a ratio of a current flowing through the transistor MP5 to a current flowing through the transistor MN5 . The transistors MN2, MN3, MN4, MN5, MP4, and MP5 may constitute a first stage of the comparator 132_1a.

비교기(132_1a)는 바이어스 신호를 게이트 단자를 통해 수신하는 트랜지스터(MN6)와 노드(n3)의 전압을 게이트 단자를 통해 수신하는 트랜지스터(MP6)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(MN6)의 드레인 단자는 노드(n6)와 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN6)의 소스 단자는 전원 전압(GND)과 연결될 수 있다. 트랜지스터(MP6)의 드레인 단자는 노드(n6)와 연결될 수 있다. 트랜지스터(MP6)의 소스 단자는 전원 전압(VDD)과 연결될 수 있다. 트랜지스터들(MN6, MP6)은 비교기(132_1a)의 제 2 스테이지를 구성할 수 있다. 노드(n4)에서 출력 스파이크 신호가 생성될 수 있다.The comparator 132_1a may include a transistor MN6 receiving a bias signal through a gate terminal and a transistor MP6 receiving a voltage of the node n3 through a gate terminal. A drain terminal of the transistor MN6 may be connected to the node n6 . The source terminal of the transistor MN6 may be connected to the power supply voltage GND. A drain terminal of the transistor MP6 may be connected to the node n6 . The source terminal of the transistor MP6 may be connected to the power supply voltage VDD. The transistors MN6 and MP6 may constitute the second stage of the comparator 132_1a. An output spike signal may be generated at node n4.

출력 스파이크 신호의 전압(Vspike_out)은 멤브레인 신호의 전압(Vm)과 임계 신호의 전압(Vth)의 비교 결과에 따라 결정될 수 있다. 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 임계 신호의 전압(Vth)에 도달하면 출력 스파이크 신호의 전압(Vspike_out)의 로직 값이 제 1 값(예를 들면, 로우)에서 제 2 값(예를 들면, 하이)으로 변경됨으로써(반대도 가능함) 출력 스파이크 신호가 활성화되고 발화될 수 있다.The voltage Vspike_out of the output spike signal may be determined according to a comparison result between the voltage Vm of the membrane signal and the voltage Vth of the threshold signal. When the voltage (Vm) of the membrane signal reaches the voltage (Vth) of the threshold signal, the logic value of the voltage (Vspike_out) of the output spike signal is changed from a first value (eg, low) to a second value (eg, high) ) (and vice versa), the output spike signal can be activated and fired.

실시 예에 있어서, 도 3의 트랜지스터들의 유형들은 도 3에서 도시된 것으로 한정되지 않는다. 또한, 출력 스파이크 신호의 로직 값도 상술한 예시로 한정되지 않는다.In an embodiment, the types of transistors in FIG. 3 are not limited to those shown in FIG. 3 . Also, the logic value of the output spike signal is not limited to the above-described example.

도 4는 도 2의 비교기의 블록도를 예시적으로 도시한다. 도 4는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명될 것이다. 비교기(132_1b)는 도 2의 비교기(132_1)일 수 있고 바이어스 회로(133_1b)는 비교기(132_1b)에 포함될 수 있고 도 2의 바이어스 회로(133_1)일 수 있다. 비교기(132_1b)와 비교기(132_1a) 간의 차이점이 주로 설명될 것이고 동일한 참조 번호를 갖는 구성 요소의 설명은 생략될 것이다.FIG. 4 exemplarily shows a block diagram of the comparator of FIG. 2 . 4 will be described with reference to FIGS. 2 and 3 . The comparator 132_1b may be the comparator 132_1 of FIG. 2 , and the bias circuit 133_1b may be included in the comparator 132_1b and may be the bias circuit 133_1 of FIG. 2 . Differences between the comparator 132_1b and the comparator 132_1a will be mainly described, and descriptions of components having the same reference numerals will be omitted.

바이어스 회로(133_1b)는 트랜지스터(MN2)와 전원 전압(GND) 사이에 연결되는 트랜지스터(MN7)를 더 포함할 수 있다. 트랜지스터(MN7)의 게이트 단자와 드레인 단자는 서로 연결될 수 있다(다이오드 연결). 트랜지스터(MN2)의 소스 단자는 전원 전압(GND) 대신에 트랜지스터(MN7)의 드레인 단자에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN2)는 전원 전압(GND) 대신에 전원 전압(GND)에서 트랜지스터(MN7)의 문턱 전압만큼 상승된 전압을 공급받을 수 있다. 비교기(132_1a)와 달리, 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 트랜지스터(MN7)의 문턱 전압과 트랜지스터(MN2)의 문턱 전압의 합보다 커지면 트랜지스터들(MN2, MN7)을 통해 바이어스 전류가 비교기(132_1b)에 공급될 수 있다. 따라서, 비교기(132_1a)에 비해 비교기(132_1b)에서 바이어스 전류가 공급되는 구간이 상대적으로 짧을 수 있다. 또한, 트랜지스터(MN7)는 비교기(132_1b)의 바이어스 전류의 크기를 더 줄일 수 있다.The bias circuit 133_1b may further include a transistor MN7 connected between the transistor MN2 and the power supply voltage GND. A gate terminal and a drain terminal of the transistor MN7 may be connected to each other (diode connection). The source terminal of the transistor MN2 may be connected to the drain terminal of the transistor MN7 instead of the power supply voltage GND. The transistor MN2 may receive a voltage increased by the threshold voltage of the transistor MN7 from the power supply voltage GND instead of the power supply voltage GND. Unlike the comparator 132_1a , when the voltage Vm of the membrane signal becomes greater than the sum of the threshold voltage of the transistor MN7 and the threshold voltage of the transistor MN2 , the bias current is increased through the transistors MN2 and MN7 in the comparator 132_1b . can be supplied to Accordingly, the period in which the bias current is supplied from the comparator 132_1b may be relatively shorter than that of the comparator 132_1a. Also, the transistor MN7 may further reduce the magnitude of the bias current of the comparator 132_1b.

비교기(132_1b)는 인버터를 구성하는 트랜지스터들(MN8, MP8)을 더 포함할 수 있다. 트랜지스터(MN8)는 게이트 단자를 통해 노드(n4)의 전압을 수신할 수 있고, 트랜지스터(MN8)의 드레인 단자는 노드(n5)에 연결될 수 있고, 그리고 트랜지스터(MN8)의 소스 단자는 전원 전압(GND)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MP8)는 게이트 단자를 통해 노드(n4)의 전압을 수신할 수 있고, 트랜지스터(MP8)의 드레인 단자는 노드(n5)에 연결될 수 있고, 그리고 트랜지스터(MP8)의 소스 단자는 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다. 노드(n5)에서 출력 스파이크 신호가 생성될 수 있다. 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 임계 신호의 전압(Vth)에 도달하면 출력 스파이크 신호의 전압(Vspike_out)의 로직 값이 제 2 값에서 제 1 값으로 변경됨으로써 출력 스파이크 신호가 활성화되고 발화될 수 있다.The comparator 132_1b may further include transistors MN8 and MP8 constituting the inverter. Transistor MN8 may receive the voltage of node n4 through its gate terminal, the drain terminal of transistor MN8 may be connected to node n5, and the source terminal of transistor MN8 may receive a supply voltage ( GND) can be connected. Transistor MP8 may receive the voltage of node n4 through its gate terminal, the drain terminal of transistor MP8 may be connected to node n5, and the source terminal of transistor MP8 may receive a power supply voltage ( VDD) can be connected. An output spike signal may be generated at node n5. When the voltage (Vm) of the membrane signal reaches the voltage (Vth) of the threshold signal, the logic value of the voltage (Vspike_out) of the output spike signal is changed from the second value to the first value, so that the output spike signal is activated and can be fired .

비교기(132_1b)는 트랜지스터들(MP9, MN9, MN10)을 더 포함할 수 있다. 트랜지스터(MP9)는 게이트 단자를 통해 노드(n5)의 전압을 수신할 수 있고, 트랜지스터(MP9)의 드레인 단자는 노드(n6)에 연결될 수 있고, 그리고 트랜지스터(MP9)의 소스 단자는 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN9)는 게이트 단자를 통해 노드(n5)의 전압을 수신할 수 있고, 트랜지스터(MN9)의 드레인 단자는 노드(n6)에 연결될 수 있고, 그리고 트랜지스터(MN9)의 소스 단자는 트랜지스터(MN10)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN10)는 게이트 단자를 통해 제 2 바이어스 신호의 전압(Vbias2)을 수신할 수 있고, 트랜지스터(MN10)의 드레인 단자는 트랜지스터(MN9)의 소스 단자에 연결될 수 있고, 그리고 트랜지스터(MN10)의 소스 단자는 전원 전압(GND)에 연결될 수 있다. 트랜지스터들(MP9, MN9, MN10)은 노드(n6)에서 휴지기 조정 신호를 생성할 수 있다.The comparator 132_1b may further include transistors MP9, MN9, and MN10. Transistor MP9 may receive the voltage of node n5 through a gate terminal, drain terminal of transistor MP9 may be connected to node n6, and source terminal of transistor MP9 may receive a supply voltage ( VDD) can be connected. Transistor MN9 may receive the voltage of node n5 through its gate terminal, the drain terminal of transistor MN9 may be connected to node n6, and the source terminal of transistor MN9 may be connected to transistor MN10. ) can be connected to Transistor MN10 may receive a voltage Vbias2 of a second bias signal through a gate terminal, a drain terminal of transistor MN10 may be connected to a source terminal of transistor MN9, and The source terminal may be connected to the power voltage GND. The transistors MP9 , MN9 , and MN10 may generate a dormant adjustment signal at the node n6 .

비교기(132_1b)는 커패시터(Cq)를 더 포함할 수 있다. 커패시터(Cq)의 일단은 노드(n6)에 연결될 수 있고 커패시터(Cq)의 타단은 전원 전압(GND)에 연결될 수 있다. 출력 스파이크 신호가 활성화되면, 트랜지스터(MP9)가 턴 온되고 트랜지스터(MP9)를 통해 흐르는 전류에 의해 전하가 커패시터(Cq)에 누적될 수 있다. 출력 스파이크 신호가 비활성화되면, 커패시터(Cq)에 충전된 전하는 트랜지스터들(MN9, MN10)을 통해 방전될 수 있다. 출력 스파이크 신호가 비활성화되면 트랜지스터(MN9)는 턴 온될 수 있다. 트랜지스터(MN10)는 제 2 바이어스 신호에 따라 커패시터(Cq)에 충전된 전하(즉, 휴지기 조정 신호)가 방전되는 속도 또는 시간을 제어할 수 있다.The comparator 132_1b may further include a capacitor Cq. One end of the capacitor Cq may be connected to the node n6 and the other end of the capacitor Cq may be connected to the power supply voltage GND. When the output spike signal is activated, the transistor MP9 is turned on and charges may be accumulated in the capacitor Cq by the current flowing through the transistor MP9. When the output spike signal is deactivated, charges charged in the capacitor Cq may be discharged through the transistors MN9 and MN10. When the output spike signal is deactivated, the transistor MN9 may be turned on. The transistor MN10 may control the rate or time at which the charge (ie, the idle period adjustment signal) charged in the capacitor Cq is discharged according to the second bias signal.

비교기(132_1b)는 게이트 단자를 통해 휴지기 조정 신호(노드(n6)의 전압)을 수신하는 트랜지스터(MN11)를 더 포함할 수 있다. 트랜지스터(MN11)의 드레인 단자는 노드(n7)에 연결될 수 있고 트랜지스터(MN11)의 소스 단자는 전원 전압(GND)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN11)는 노드(n6)의 전압에 따라 멤브레인 신호의 전압(Vm)을 전원 전압(GND)으로 구동하는 풀-다운 트랜지스터일 수 있다. 트랜지스터(MN11)는 휴지기 조정 신호에 따라 멤브레인 신호가 생성되는 노드(n7)와 전원 전압(GND)을 전기적으로 연결할 수 있다.The comparator 132_1b may further include a transistor MN11 that receives a dormant adjustment signal (the voltage of the node n6 ) through a gate terminal. A drain terminal of the transistor MN11 may be connected to the node n7 , and a source terminal of the transistor MN11 may be connected to the power supply voltage GND. The transistor MN11 may be a pull-down transistor that drives the voltage Vm of the membrane signal to the power supply voltage GND according to the voltage of the node n6 . The transistor MN11 may electrically connect the node n7 where the membrane signal is generated according to the resting period adjustment signal and the power supply voltage GND.

커패시터(Cq)와 트랜지스터들(MN9~MN11, MP9)은 멤브레인 신호의 전압(Vm)을 전원 전압(GND)으로 다운시키는 휴지기 조정 회로(134_1b)를 구성할 수 있다. 휴지기 조정 회로(134_1)는 멤브레인 신호가 비활성화되는 구간 또는 출력 스파이크 신호가 비활성화되는 구간을 조정할 수 있다. 뉴런(131_1)의 휴지기(quiescence)는 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 리셋에 해당하는 전원 전압(GND)으로 구동되거나 유지되는 시간, 또는 출력 스파이크 신호가 활성화된 이후에 비활성화되는 시간을 나타낼 수 있다. 휴지기는 제 2 바이어스 신호, 트랜지스터(MN10), 및 커패시터(Cq)의 용량에 기초하여 조정될 수 있다. 휴지기에 입력 스파이크 신호가 활성화되고 시냅스들(121)로부터 연산 결과들이 출력되어도, 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 전원 전압(GND)으로 유지되므로 그 연산 결과들이 무시될 수 있다.The capacitor Cq and the transistors MN9 to MN11 and MP9 may constitute the resting period adjustment circuit 134_1b for reducing the voltage Vm of the membrane signal to the power supply voltage GND. The resting period adjustment circuit 134_1 may adjust a period in which the membrane signal is deactivated or a period in which the output spike signal is inactivated. The quiescence of the neuron 131_1 may indicate a time during which the voltage Vm of the membrane signal is driven or maintained with the power supply voltage GND corresponding to reset, or a time during which the output spike signal is activated and then deactivated. . The rest period may be adjusted based on the capacitance of the second bias signal, the transistor MN10, and the capacitor Cq. Even when the input spike signal is activated during the rest period and calculation results are output from the synapses 121 , the voltage Vm of the membrane signal is maintained as the power supply voltage GND, and thus the calculation results may be ignored.

비교기(132_1b)는 게이트 단자를 통해 출력 스파이크 신호의 전압(Vspike_out)을 수신하는 트랜지스터(MP11)를 더 포함할 수 있다. 트랜지스터(MP11)의 드레인 단자는 노드(n7)에 연결될 수 있고 트랜지스터(MP11)의 소스 단자는 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MP11)는 출력 스파이크 신호의 전압(Vspike_out)에 따라 멤브레인 신호의 전압(Vm)을 전원 전압(VDD)으로 구동하는 풀-업 트랜지스터일 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터(MP11)는 출력 스파이크 신호가 활성화된 직후에 턴 온됨으로써 멤브레인의 전압(Vm)을 전원 전압(VDD)으로 구동할 수 있고 이에 따라 멤브레인의 전압(Vm)이 순간적인 업-스윙(up-swing)을 나타낼 수 있다. 트랜지스터(MP11)는 출력 스파이크 신호가 활성화된 직후에 멤브레인 신호가 생성되는 노드(n7)와 전원 전압(VDD)을 전기적으로 연결할 수 있다.The comparator 132_1b may further include a transistor MP11 that receives the voltage Vspike_out of the output spike signal through a gate terminal. A drain terminal of the transistor MP11 may be connected to the node n7 and a source terminal of the transistor MP11 may be connected to the power supply voltage VDD. The transistor MP11 may be a pull-up transistor that drives the voltage Vm of the membrane signal to the power supply voltage VDD according to the voltage Vspike_out of the output spike signal. For example, the transistor MP11 may be turned on immediately after the output spike signal is activated, thereby driving the voltage Vm of the membrane to the power supply voltage VDD, and thus the voltage Vm of the membrane is momentarily up- It can represent an up-swing. The transistor MP11 may electrically connect the node n7 at which the membrane signal is generated immediately after the output spike signal is activated and the power supply voltage VDD.

출력 스파이크 신호가 활성화되면 트랜지스터(MP11)가 턴 온됨으로써 멤브레인의 전압(Vm)이 순간적으로 상승하고 그 다음 트랜지스터(MN11)이 턴 온됨으로써 멤브레인 전압(Vm)이 리셋 상태에 대응하는 전원 전압(GND)으로 구동될 수 있다. 멤브레인 전압(Vm)이 전원 전압(GND)으로 하강하면 시냅스들(121)로부터 새로운 연산 신호들을 수신할 수 있다.When the output spike signal is activated, the transistor MP11 is turned on so that the voltage Vm of the membrane rises momentarily, and then the transistor MN11 is turned on so that the membrane voltage Vm is changed to the power supply voltage GND corresponding to the reset state. ) can be driven. When the membrane voltage Vm falls to the power supply voltage GND, new operation signals may be received from the synapses 121 .

실시 예에 있어서, 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100_1)는 제 1 및 제 2 바이어스 신호들, 누설 신호, 및 임계 신호를 생성하는 전압 발생기를 더 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 바이어스 신호들, 누설 신호, 및 임계 신호의 전압 레벨들 각각은 사전에 정의될 수 있고 전압 발생기 내에 프로그램될 수 있다.In an embodiment, the spike neural network circuit 100_1 may further include a voltage generator generating first and second bias signals, a leakage signal, and a threshold signal. Each of the voltage levels of the first and second bias signals, the leakage signal, and the threshold signal can be predefined and programmed into the voltage generator.

실시 예에 있어서, 도 4의 트랜지스터들의 유형들은 도 3에서 도시된 것으로 한정되지 않는다. 또한, 출력 스파이크 신호의 로직 값도 상술한 예시로 한정되지 않는다.In an embodiment, the types of transistors in FIG. 4 are not limited to those shown in FIG. 3 . Also, the logic value of the output spike signal is not limited to the above-described example.

도 5는 도 4의 비교기의 동작을 나타내는 타이밍도를 예시적으로 도시한다. 도 5는 도 4를 참조하여 설명될 것이다. 도 5에서 가로 축은 시간을 나타내고 세로 축은 전압 및 전류 중 하나를 나타낼 수 있다.FIG. 5 exemplarily shows a timing diagram illustrating an operation of the comparator of FIG. 4 . FIG. 5 will be described with reference to FIG. 4 . In FIG. 5 , a horizontal axis may indicate time and a vertical axis may indicate one of voltage and current.

예시적으로, 멤브레인 신호는 사인파(sine wave)일 수 있다. T1 내지 T2 시점들 간의 구간에서 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 임계 신호의 전압(Vth)보다 낮을 수 있고, 노드(n3)의 전압의 로직 값은 제 2 값일 수 있고, 노드(n4)의 전압의 로직 값은 제 1 값일 수 있고, 그리고 비교기(132_1b)의 바이어스 전류가 공급되지 않을 수 있다. 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 트랜지스터들(MN7, MN2)의 문턱 전압들의 합보다 낮으면 비교기(132_1b)의 바이어스 전류가 공급되지 않을 수 있다.Exemplarily, the membrane signal may be a sine wave. In the interval between time points T1 to T2 , the voltage Vm of the membrane signal may be lower than the voltage Vth of the threshold signal, the logic value of the voltage of the node n3 may be a second value, and the voltage of the node n4 The logic value of may be the first value, and the bias current of the comparator 132_1b may not be supplied. When the voltage Vm of the membrane signal is lower than the sum of the threshold voltages of the transistors MN7 and MN2 , the bias current of the comparator 132_1b may not be supplied.

T2 내지 T3 시점들 간의 구간에서 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 임계 신호의 전압(Vth)보다 높을 수 있고, 노드(n3)의 전압의 로직 값은 제 1 값일 수 있고, 노드(n4)의 전압의 로직 값은 제 2 값일 수 있고, 그리고 비교기(132_1b)의 바이어스 전류가 공급될 수 있다. 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 트랜지스터들(MN7, MN2)의 문턱 전압들의 합보다 크면 비교기(132_1b)의 바이어스 전류가 공급될 수 있다. T1 내지 T2 시점들 간의 구간에서의 비교기(132_1b)의 전력 소모는 T2 내지 T3 시점들 간의 구간에서의 비교기(132_1b)의 전력 소모보다 작을 수 있다.In the interval between time points T2 to T3 , the voltage Vm of the membrane signal may be higher than the voltage Vth of the threshold signal, the logic value of the voltage of the node n3 may be a first value, and the voltage of the node n4 A logic value of may be a second value, and a bias current of the comparator 132_1b may be supplied. When the voltage Vm of the membrane signal is greater than the sum of the threshold voltages of the transistors MN7 and MN2 , the bias current of the comparator 132_1b may be supplied. The power consumption of the comparator 132_1b in the period between time points T1 to T2 may be smaller than the power consumption of the comparator 132_1b in the period between time points T2 to T3.

도 6은 도 4의 비교기의 동작을 나타내는 타이밍도를 예시적으로 도시한다. 도 6은 도 4를 참조하여 설명될 것이다. 도 6에서 가로 축은 시간을 나타내고 세로 축은 전압을 나타낼 수 있다. 도 6을 참조하면, 입력 스파이크 신호가 반복적으로 활성화되고 비활성화됨에 따라, 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 점점 상승할 수 있다. T4 시점 부근에서 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 임계 신호의 전압(Vth)에 도달하면, 비교기(132_1b)의 노드(n4)의 전압이 활성화되고 출력 스파이크 신호의 전압(Vspike_out)의 전압이 활성화될 수 있다. T4 시점 부근에서 멤브레인 신호의 전압(Vm)은 트랜지스터(MP11)에 의해 순간적인 업-스윙을 나타낼 수 있다. 출력 스파이크 신호의 전압(Vspike_out)이 활성화된 이후에 트랜지스터(MN11)에 의해 멤브레인 신호의 전압(Vm)은 전원 전압(GND)으로 다운되고 비활성화될 수 있다. 출력 스파이크 신호의 전압(Vspike_out)의 전압이 활성화된 이후에 노드(n6)의 전압(휴지기 조정 신호)은 제 2 바이어스 신호에 기초하여 동작하는 트랜지스터(MN10)에 의해 방전될 수 있다.FIG. 6 exemplarily shows a timing diagram illustrating an operation of the comparator of FIG. 4 . FIG. 6 will be described with reference to FIG. 4 . In FIG. 6 , a horizontal axis may indicate time and a vertical axis may indicate voltage. Referring to FIG. 6 , as the input spike signal is repeatedly activated and deactivated, the voltage Vm of the membrane signal may gradually increase. When the voltage Vm of the membrane signal reaches the voltage Vth of the threshold signal near the time T4, the voltage of the node n4 of the comparator 132_1b is activated and the voltage of the voltage Vspike_out of the output spike signal is activated. can The voltage Vm of the membrane signal near the time T4 may exhibit an instantaneous up-swing by the transistor MP11. After the voltage Vspike_out of the output spike signal is activated, the voltage Vm of the membrane signal may be reduced to the power supply voltage GND by the transistor MN11 and may be deactivated. After the voltage of the voltage Vspike_out of the output spike signal is activated, the voltage of the node n6 (the resting period adjustment signal) may be discharged by the transistor MN10 operating based on the second bias signal.

다시, 입력 스파이크 신호가 반복적으로 활성화되고 비활성화됨에 따라, 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 점점 상승할 수 있다. T5 시점 부근에서 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 임계 신호의 전압(Vth)에 도달하면, 비교기(132_1b)의 노드(n4)의 전압이 활성화되고 출력 스파이크 신호의 전압(Vspike_out)의 전압이 활성화될 수 있다. 도 6을 참조하면, 출력 스파이크 신호가 활성화된 구간은 출력 스파이크 신호가 비활성화된 구간보다 매우 짧을 수 있다.Again, as the input spike signal is repeatedly activated and deactivated, the voltage Vm of the membrane signal may gradually increase. When the voltage Vm of the membrane signal reaches the voltage Vth of the threshold signal near the time T5, the voltage of the node n4 of the comparator 132_1b is activated and the voltage of the voltage Vspike_out of the output spike signal is activated. can Referring to FIG. 6 , the period in which the output spike signal is activated may be much shorter than the period in which the output spike signal is deactivated.

도 7은 도 1의 시냅스 회로의 시냅스들과 뉴런 회로의 뉴런을 좀 더 구체적으로 도시하는 블록도이다. 도 7은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명될 것이다. 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100_2)는 제 1 내지 제 3 시냅스들(121_1~121_3), 커패시터(Cm), 및 트랜지스터(MN1)를 포함할 수 있다 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100_2)는 도 1의 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100)이고, 설명의 편의를 위해, 축색돌기 회로(110)의 도시는 생략되었고, 시냅스 회로(120)의 일부 시냅스들(121_1, 121_2, 121_3)만 도시되었다. 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100_2)의 제 1 내지 제 3 시냅스들(121_1~121_3), 커패시터(Cm), 및 트랜지스터(MN1)는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100_1)의 제 1 내지 제 3 시냅스들(121_1~121_3), 커패시터(Cm), 및 트랜지스터(MN1)과 실질적으로 동일하다. 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100_2)와 스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100_1) 간의 차이점이 주로 설명될 것이다.7 is a block diagram illustrating in more detail the synapses of the synaptic circuit of FIG. 1 and the neurons of the neuron circuit. 7 will be described with reference to FIGS. 1 and 2 . The spike neural network circuit 100_2 may include first to third synapses 121_1 to 121_3 , a capacitor Cm, and a transistor MN1. The spike neural network circuit 100_2 is the spike neural network of FIG. 1 . The circuit 100, for convenience of explanation, the axon circuit 110 is omitted, and only some synapses (121_1, 121_2, 121_3) of the synaptic circuit 120 are shown. The first to third synapses 121_1 to 121_3 of the spike neural network circuit 100_2, the capacitor Cm, and the transistor MN1 are the first to third synapses 121_1 to 121_1 of the spike neural network circuit 100_1 121_3), the capacitor Cm, and the transistor MN1 are substantially the same. The difference between the spike neural network circuit 100_2 and the spike neural network circuit 100_1 will be mainly described.

스파이크 뉴럴 네트워크 회로(100_2)는 뉴런(131_2)을 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해 뉴런 회로(130)의 하나의 뉴런(131_2)만 도시되었다. 뉴런(131_2)은 비교기(132_2) 및 바이어스 회로(133_2)를 포함할 수 있다. 뉴런(131_1)은 멤브레인 신호와 임계 신호를 비교하였으나, 뉴런(131_2)은 멤브레인 신호와 제 1 바이어스 신호를 비교할 수 있다. 제 1 바이어스 신호는 비교기(132_2)의 바이어스 전류를 생성하는데 사용될 수 있고 동시에 도 2의 임계 신호로서 제공될 수 있다. 즉, 제 1 바이어스 신호는 임계 신호로도 지칭될 수 있다. 바이어스 회로(133_2)는 멤브레인 신호에 따라 조건적으로 바이어스 전류를 비교기(132_2)에 공급할 수 있다. 뉴런(131_2)이 임계 신호로서 제 1 바이어스 신호를 사용하는 점을 제외하면, 뉴런(131_2)은 뉴런(131_1)과 유사하게 동작할 수 있다.The spike neural network circuit 100_2 may include a neuron 131_2 . For convenience of description, only one neuron 131_2 of the neuron circuit 130 is illustrated. The neuron 131_2 may include a comparator 132_2 and a bias circuit 133_2 . The neuron 131_1 may compare the membrane signal with the threshold signal, but the neuron 131_2 may compare the membrane signal with the first bias signal. The first bias signal may be used to generate a bias current of the comparator 132_2 and may be provided as the threshold signal of FIG. 2 at the same time. That is, the first bias signal may also be referred to as a threshold signal. The bias circuit 133_2 may conditionally supply a bias current to the comparator 132_2 according to the membrane signal. The neuron 131_2 may operate similarly to the neuron 131_1 except that the neuron 131_2 uses the first bias signal as a threshold signal.

도 8은 도 7의 비교기의 블록도를 예시적으로 도시한다. 도 8은 도 7을 참조하여 설명될 것이다. 비교기(132_2a)는 도 7의 비교기(132_2)일 수 있고 바이어스 회로(133_2a)는 비교기(132_2a)에 포함될 수 있고 도 7의 바이어스 회로(133_2)일 수 있다.FIG. 8 exemplarily shows a block diagram of the comparator of FIG. 7 . FIG. 8 will be described with reference to FIG. 7 . The comparator 132_2a may be the comparator 132_2 of FIG. 7 , and the bias circuit 133_2a may be included in the comparator 132_2a and may be the bias circuit 133_2 of FIG. 7 .

비교기(132_2a)는 게이트 단자를 통해 제 1 바이어스 신호의 전압(Vbias1)을 수신하는 트랜지스터(MP12)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(MP12)의 드레인 단자는 노드(n8)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MP12)의 소스 단자는 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MP12)는 제 1 바이어스 신호에 기초하여 바이어스 전류를 생성할 수 있다. 트랜지스터(MP12)는 제 1 바이어스 신호에 대응하는 바이어스 전류를 트랜지스터(MN13)로 출력할 수 있다.The comparator 132_2a may include a transistor MP12 that receives the voltage Vbias1 of the first bias signal through a gate terminal. A drain terminal of the transistor MP12 may be connected to the node n8 . The source terminal of the transistor MP12 may be connected to the power supply voltage VDD. The transistor MP12 may generate a bias current based on the first bias signal. The transistor MP12 may output a bias current corresponding to the first bias signal to the transistor MN13 .

비교기(132_2a)는 트랜지스터들(MN13, MN14)을 포함할 수 있다. 트랜지스터(MN13)는 제 1 바이어스 신호에 대응하는 바이어스 전류를 수신할 수 있다. 트랜지스터(MN13)의 게이트 단자와 드레인 단자는 서로 연결될 수 있다(다이오드 연결). 트랜지스터(MN13)의 소스 단자는 노드(n9)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN13)는 노드들(n8, n9) 사이에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN14)는 트랜지스터(MN13)를 통해 제 1 바이어스 신호에 대응하는 바이어스 전류를 수신할 수 있다. 트랜지스터(MN14)의 게이트 단자와 드레인 단자는 서로 연결될 수 있다(다이오드 연결). 트랜지스터(MN14)의 소스 단자는 전원 전압(GND)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN14)는 노드(n9)와 전원 전압(GND) 사이에 연결될 수 있다. 트랜지스터들(MN13, MN14)은 제 1 바이어스 신호에 대응하는 바이어스 전류를 바이어스 회로(133_2a)로 복사할 수 있다(전류 미러링).The comparator 132_2a may include transistors MN13 and MN14. The transistor MN13 may receive a bias current corresponding to the first bias signal. A gate terminal and a drain terminal of the transistor MN13 may be connected to each other (diode connection). A source terminal of the transistor MN13 may be connected to the node n9 . The transistor MN13 may be connected between the nodes n8 and n9 . The transistor MN14 may receive a bias current corresponding to the first bias signal through the transistor MN13 . A gate terminal and a drain terminal of the transistor MN14 may be connected to each other (diode connection). A source terminal of the transistor MN14 may be connected to a power supply voltage GND. The transistor MN14 may be connected between the node n9 and the power supply voltage GND. The transistors MN13 and MN14 may copy a bias current corresponding to the first bias signal to the bias circuit 133_2a (current mirroring).

바이어스 회로(133_2a)는 게이트 단자를 통해 노드(n8)의 전압을 수신하는 트랜지스터(MN15) 및 게이트 단자를 통해 노드(n9)의 전압을 수신하는 트랜지스터(MN16)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(MN15)의 드레인 단자는 노드(n10)와 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN15)의 소스 단자는 트랜지스터(MN16)의 드레인 단자와 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN16)의 드레인 단자는 트랜지스터(MN15)의 소스 단자와 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN16)의 소스 단자는 트랜지스터(MN17)의 드레인 단자와 연결될 수 있다. 트랜지스터들(MN15, MN16)을 통해 제 1 바이어스 신호에 대응하는 바이어스 전류가 흐를 수 있다.The bias circuit 133_2a may include a transistor MN15 receiving the voltage of the node n8 through a gate terminal and a transistor MN16 receiving the voltage of the node n9 through the gate terminal. A drain terminal of the transistor MN15 may be connected to the node n10 . A source terminal of the transistor MN15 may be connected to a drain terminal of the transistor MN16 . A drain terminal of the transistor MN16 may be connected to a source terminal of the transistor MN15 . A source terminal of the transistor MN16 may be connected to a drain terminal of the transistor MN17 . A bias current corresponding to the first bias signal may flow through the transistors MN15 and MN16 .

도시된 것과 달리, 비교기(132_2a)는 트랜지스터들(MN13, MN15)을 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 트랜지스터(MP12)의 드레인 단자와 트랜지스터(MN14)의 드레인 단자가 서로 연결될 수 있고 트랜지스터(MN16)의 드레인 단자와 트랜지스터(MP16)의 드레인 단자가 서로 연결될 수 있다.Unlike the illustration, the comparator 132_2a may not include the transistors MN13 and MN15. In this case, the drain terminal of the transistor MP12 and the drain terminal of the transistor MN14 may be connected to each other, and the drain terminal of the transistor MN16 and the drain terminal of the transistor MP16 may be connected to each other.

바이어스 회로(133_2a)는 게이트 단자를 통해 멤브레인 신호의 전압(Vm)을 수신하는 트랜지스터(MN17)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(MN17)의 드레인 단자는 트랜지스터(MN16)의 소스 단자에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN17)의 소스 단자는 전원 전압(GND)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN17)는 트랜지스터(MN16)와 전원 전압(GND) 사이에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN17)는 멤브레인 신호의 전압(Vm)에 따라 턴 온되거나 턴 오프될 수 있다. 멤브레인 신호의 전압(Vm)이 트랜지스터(MN17)의 문턱 전압보다 크면 트랜지스터(MN17)가 턴 온될 수 있다. 트랜지스터(MN17)가 턴 온되면 트랜지스터(MN17)를 통해 제 1 바이어스 신호에 대응하는 바이어스 전류가 비교기(132_2a)에 공급될 수 있고 트랜지스터(MN17)가 턴 오프되면 트랜지스터(MN2)를 통해 제 1 바이어스 신호에 대응하는 바이어스 전류가 비교기(132_2a)에 공급되지 않을 수 있다. 트랜지스터(MN17)가 턴 온되는 경우에만 트랜지스터(MN17)를 통해 바이어스 전류가 흐를 수 있고 바이어스 전류와 전원 전압(VDD)에 의한 전력이 소모될 수 있다.The bias circuit 133_2a may include a transistor MN17 that receives the voltage Vm of the membrane signal through a gate terminal. A drain terminal of the transistor MN17 may be connected to a source terminal of the transistor MN16 . The source terminal of the transistor MN17 may be connected to the power supply voltage GND. The transistor MN17 may be connected between the transistor MN16 and the power supply voltage GND. The transistor MN17 may be turned on or off according to the voltage Vm of the membrane signal. When the voltage Vm of the membrane signal is greater than the threshold voltage of the transistor MN17 , the transistor MN17 may be turned on. When the transistor MN17 is turned on, a bias current corresponding to the first bias signal may be supplied to the comparator 132_2a through the transistor MN17, and when the transistor MN17 is turned off, the first bias through the transistor MN2. A bias current corresponding to the signal may not be supplied to the comparator 132_2a. A bias current may flow through the transistor MN17 only when the transistor MN17 is turned on, and power by the bias current and the power supply voltage VDD may be consumed.

바이어스 회로(133_2a)는 트랜지스터(MP16)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(MP16)의 게이트 단자와 드레인 단자는 서로 연결될 수 있고(다이오드 연결) 그리고 노드(n10)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MP16)의 소스 단자는 트랜지스터(MP17)와 연결될 수 있다. 바이어스 회로(133_2a)는 게이트 단자를 통해 멤브레인 신호의 전압(Vm)을 수신하는 트랜지스터(MP17)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(MP17)의 소스 단자는 전원 전압(VDD)과 연결될 수 있다. 트랜지스터(MP17)의 드레인 단자는 트랜지스터(MP16)의 소스 단자와 연결될 수 있다.The bias circuit 133_2a may include a transistor MP16. The gate terminal and the drain terminal of the transistor MP16 may be connected to each other (diode connection) and may be connected to the node n10 . A source terminal of the transistor MP16 may be connected to the transistor MP17. The bias circuit 133_2a may include a transistor MP17 that receives the voltage Vm of the membrane signal through a gate terminal. The source terminal of the transistor MP17 may be connected to the power supply voltage VDD. A drain terminal of the transistor MP17 may be connected to a source terminal of the transistor MP16.

도 3의 비교기(132_1a)는 멤브레인 신호의 전압(Vm)과 임계 신호의 전압(Vth)을 비교하였다. 반면에, 비교기(132_2a)는 멤브레인 신호의 전류와 제 1 바이어스 신호의 바이어스 전류를 비교할 수 있다. 트랜지스터들(MP16, MP17)을 통해 임계 신호의 전압(Vm)에 따른 풀-업 전류가 생성될 수 있다. 트랜지스터들(MP16, MP17)은 풀-업 전류를 생성함으로써 출력 스파이크 신호의 전압(Vspike_out)의 로직 값을 제 2 값으로 구동할 수 있다. 트랜지스터들(MN15, MN16)을 통해 제 1 바이어스 신호에 따른 풀-다운 전류(바이어스 전류)가 생성될 수 있다. 트랜지스터들(MN15, MN16)은 풀-다운 전류를 생성함으로써 출력 스파이크 신호의 전압(Vspike_out)의 로직 값을 제 1 값으로 구동할 수 있다. 출력 스파이크 신호의 전압(Vspike_out)은 멤브레인 신호의 전류와 제 1 바이어스 신호의 전류의 비교 결과에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인 신호의 전류가 제 1 바이어스 신호의 바이어스 전류보다 작아지거나 멤브레인 신호의 전류가 제 1 바이어스 신호의 바이어스 전류에 도달하면, 출력 스파이크 신호의 전압(Vspike_out)의 로직 값이 제 2 값에서 제 1 값으로 변경됨으로써 출력 스파이크 신호가 활성화되고 발화될 수 있다. 다른 예를 들어, 멤브레인 신호의 전류가 제 1 바이어스 신호의 바이어스 전류보다 커지거나 멤브레인 신호의 전류가 제 1 바이어스 신호의 바이어스 전류에 도달하면, 출력 스파이크 신호가 활성화되고 발화될 수 있다. 출력 스파이크 신호는 노드(n10)에서 생성될 수 있다.The comparator 132_1a of FIG. 3 compared the voltage Vm of the membrane signal and the voltage Vth of the threshold signal. On the other hand, the comparator 132_2a may compare the current of the membrane signal with the bias current of the first bias signal. A pull-up current according to the voltage Vm of the threshold signal may be generated through the transistors MP16 and MP17. The transistors MP16 and MP17 may drive the logic value of the voltage Vspike_out of the output spike signal to the second value by generating a pull-up current. A pull-down current (bias current) according to the first bias signal may be generated through the transistors MN15 and MN16 . The transistors MN15 and MN16 may drive a logic value of the voltage Vspike_out of the output spike signal to a first value by generating a pull-down current. The voltage Vspike_out of the output spike signal may be determined according to a comparison result between the current of the membrane signal and the current of the first bias signal. For example, when the current of the membrane signal becomes smaller than the bias current of the first bias signal or the current of the membrane signal reaches the bias current of the first bias signal, the logic value of the voltage Vspike_out of the output spike signal becomes the second value. By changing from to the first value, the output spike signal may be activated and ignited. As another example, when the current of the membrane signal becomes greater than the bias current of the first bias signal or the current of the membrane signal reaches the bias current of the first bias signal, the output spike signal may be activated and fired. The output spike signal may be generated at node n10.

실시 예에 있어서, 도 8의 트랜지스터들의 유형들은 도 8에서 도시된 것으로 한정되지 않는다. 또한, 출력 스파이크 신호의 로직 값도 상술한 예시로 한정되지 않는다.In an embodiment, the types of transistors in FIG. 8 are not limited to those shown in FIG. 8 . Also, the logic value of the output spike signal is not limited to the above-described example.

도 9는 도 7의 비교기의 블록도를 예시적으로 도시한다. 도 9는 도 2 및 도 3 그리고 도 7 및 도 8을 참조하여 설명될 것이다. 비교기(132_2b)는 도 7의 비교기(132_2)일 수 있고 바이어스 회로(133_2b)는 비교기(132_2b)에 포함될 수 있고 도 7의 바이어스 회로(133_2)일 수 있다. 비교기(132_2b)와 비교기(132_2a) 간의 차이점 그리고 비교기(132_2b)와 비교기(132_1b) 간의 차이점이 주로 설명될 것이고 동일한 참조 번호를 갖는 구성 요소의 설명은 생략될 것이다. 비교기(132_2b)의 트랜지스터들(MP12, MP16, MP17, MN13~MN17)은 도 8에서 설명되었다. 비교기(132_2b)의 트랜지스터들(MN8~MN11, MP8, MP9, MP11)은 도 4에서 설명되었다. 트랜지스터들(MN9~MN11, MP9) 및 커패시터(Cq)는 휴지기 조정 회로(134_2b)를 구성할 수 있다. 휴지기 조정 회로(134_2b)는 휴지기 조정 회로(134_1b)와 실질적으로 동일하게 구현될 수 있다.9 exemplarily shows a block diagram of the comparator of FIG. 7 . FIG. 9 will be described with reference to FIGS. 2 and 3 and FIGS. 7 and 8 . The comparator 132_2b may be the comparator 132_2 of FIG. 7 , and the bias circuit 133_2b may be included in the comparator 132_2b and may be the bias circuit 133_2 of FIG. 7 . The difference between the comparator 132_2b and the comparator 132_2a and the difference between the comparator 132_2b and the comparator 132_1b will be mainly described, and descriptions of components having the same reference numerals will be omitted. Transistors MP12, MP16, MP17, and MN13 to MN17 of the comparator 132_2b have been described with reference to FIG. 8 . Transistors MN8 to MN11, MP8, MP9, and MP11 of the comparator 132_2b have been described with reference to FIG. 4 . The transistors MN9 to MN11 and MP9 and the capacitor Cq may constitute the idle period adjustment circuit 134_2b. The idle period adjustment circuit 134_2b may be implemented substantially the same as the idle period adjustment circuit 134_1b.

비교기(132_2b)는 인버터를 구성하는 트랜지스터들(MN6, MP6)을 포함할 수 있다. 트랜지스터(MN6)는 게이트 단자를 통해 노드(n10)의 전압을 수신할 수 있다. 트랜지스터(MN6)의 드레인 단자는 노드(n4)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MN6)의 소스 단자는 전원 전압(GND)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MP6)는 게이트 단자를 통해 노드(n10)의 전압을 수신할 수 있다. 트랜지스터(MP6)의 드레인 단자는 노드(n4)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(MP6)의 소스 단자는 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다.The comparator 132_2b may include transistors MN6 and MP6 constituting the inverter. The transistor MN6 may receive the voltage of the node n10 through a gate terminal. A drain terminal of the transistor MN6 may be connected to the node n4 . A source terminal of the transistor MN6 may be connected to the power supply voltage GND. The transistor MP6 may receive the voltage of the node n10 through the gate terminal. A drain terminal of the transistor MP6 may be connected to the node n4 . The source terminal of the transistor MP6 may be connected to the power voltage VDD.

실시 예에 있어서, 도 9의 트랜지스터들의 유형들은 도 9에서 도시된 것으로 한정되지 않는다. 또한, 출력 스파이크 신호의 로직 값도 상술한 예시로 한정되지 않는다.In an embodiment, the types of transistors in FIG. 9 are not limited to those shown in FIG. 9 . Also, the logic value of the output spike signal is not limited to the above-described example.

위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 쉽게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 상술한 실시 예들을 이용하여 앞으로 쉽게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.The contents described above are specific examples for carrying out the present invention. The present invention will include not only the above-described embodiments, but also simple design changes or easily changeable embodiments. In addition, the present invention will include techniques that can be easily modified and implemented in the future using the above-described embodiments.

100: 스파이크 뉴럴 네트워크 회로;
110: 축색돌기 회로;
120: 시냅스 회로;
130: 뉴런 회로;
100: spike neural network circuit;
110: axon circuit;
120: synaptic circuit;
130: neuron circuit;

Claims (20)

입력 스파이크 신호와 가중치에 기초하여 연산 신호를 생성하도록 구성되는 시냅스; 및
상기 연산 신호에 기초하여 생성되는 멤브레인 신호의 전압과 임계 신호의 전압을 비교하도록 구성되는 비교기를 이용하여 출력 스파이크 신호를 생성하도록 구성되는 뉴런을 포함하되,
상기 비교기는 상기 멤브레인 신호에 따라 상기 비교기의 바이어스 전류를 조건적으로 공급하도록 구성되는 바이어스 회로를 포함하고,
상기 뉴런은 휴지기 조정 신호에 기초하여 상기 멤브레인 신호를 비활성화시키도록 더 구성되고, 그리고
상기 멤브레인 신호가 비활성화되는 구간 동안, 상기 멤브레인 신호의 상기 전압은 접지 전압인 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
a synapse configured to generate a computational signal based on the input spike signal and the weight; and
a neuron configured to generate an output spike signal using a comparator configured to compare a voltage of a threshold signal with a voltage of a membrane signal generated based on the computational signal;
the comparator comprises a bias circuit configured to conditionally supply a bias current of the comparator in accordance with the membrane signal;
the neuron is further configured to inactivate the membrane signal based on a resting modulating signal, and
During a period in which the membrane signal is deactivated, the voltage of the membrane signal is a ground voltage.
제 1 항에 있어서,
상기 바이어스 회로는:
상기 멤브레인 신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프되도록 구성되는 제 1 트랜지스터; 및
바이어스 신호에 기초하여 상기 바이어스 전류를 생성하도록 구성되고 그리고 상기 제 1 트랜지스터에 연결되는 제 2 트랜지스터를 포함하는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
The method of claim 1,
The bias circuit is:
a first transistor configured to be turned on or off according to the membrane signal; and
and a second transistor coupled to the first transistor and configured to generate the bias current based on a bias signal.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터가 턴 온되면, 상기 제 1 트랜지스터를 통해 상기 제 2 트랜지스터의 상기 바이어스 전류가 공급되고, 그리고
상기 제 1 트랜지스터가 턴 오프되면, 상기 제 2 트랜지스터의 상기 바이어스 전류가 공급되지 않는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
3. The method of claim 2,
When the first transistor is turned on, the bias current of the second transistor is supplied through the first transistor, and
A spike neural network circuit in which the bias current of the second transistor is not supplied when the first transistor is turned off.
제 2 항에 있어서,
상기 바이어스 회로는 상기 제 2 트랜지스터와 전원 전압 사이에 연결되는 제 3 트랜지스터를 더 포함하는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
3. The method of claim 2,
wherein the bias circuit further includes a third transistor coupled between the second transistor and a power supply voltage.
제 2 항에 있어서,
상기 비교기는:
상기 제 2 트랜지스터의 제 1 단과 연결되고 상기 멤브레인 신호를 수신하도록 구성되는 제 3 트랜지스터; 및
상기 제 2 트랜지스터의 상기 제 1 단과 연결되고 상기 임계 신호를 수신하도록 구성되는 제 4 트랜지스터를 더 포함하는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
3. The method of claim 2,
The comparator is:
a third transistor coupled to a first end of the second transistor and configured to receive the membrane signal; and
and a fourth transistor coupled to the first end of the second transistor and configured to receive the threshold signal.
제 1 항에 있어서,
상기 뉴런은 상기 출력 스파이크 신호가 활성화되면 턴 온됨으로써 상기 멤브레인 신호가 생성되는 노드와 상기 비교기의 전원 전압을 전기적으로 연결하도록 구성되는 트랜지스터를 포함하는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
The method of claim 1,
and the neuron is turned on when the output spike signal is activated, and a transistor configured to electrically connect a power supply voltage of the comparator to a node generating the membrane signal.
제 1 항에 있어서,
상기 뉴런은 상기 멤브레인 신호가 비활성화되는 상기 구간을 조정하도록 구성되는 휴지기 조정 회로를 포함하는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
The method of claim 1,
and wherein the neuron comprises a resting period adjustment circuitry configured to adjust the period in which the membrane signal is inactive.
제 7 항에 있어서,
상기 휴지기 조정 회로는:
상기 출력 스파이크 신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프되고 그리고 상기 휴지기 조정 신호를 생성하도록 구성되는 제 1 트랜지스터;
상기 제 1 트랜지스터의 제 1 단과 연결되고 상기 제 1 트랜지스터와 상기 비교기의 전원 전압 사이에 연결되는 제 2 트랜지스터; 및
상기 제 1 트랜지스터의 제 2 단과 연결되고 그리고 상기 휴지기 조정 신호에 따라 상기 멤브레인 신호가 생성되는 노드와 상기 비교기의 전원 전압을 전기적으로 연결하도록 구성되는 제 3 트랜지스터를 포함하는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
8. The method of claim 7,
The resting period adjustment circuit comprises:
a first transistor turned on or off according to the output spike signal and configured to generate the idle adjustment signal;
a second transistor coupled to a first terminal of the first transistor and coupled between the first transistor and a power supply voltage of the comparator; and
and a third transistor coupled to the second end of the first transistor and configured to electrically connect a power supply voltage of the comparator to a node at which the membrane signal is generated according to the resting period adjustment signal.
제 1 항에 있어서,
상기 시냅스는:
상기 가중치를 수신하도록 구성되는 제 1 트랜지스터; 및
상기 제 1 트랜지스터와 연결되고 상기 입력 스파이크 신호를 수신하도록 구성되는 제 2 트랜지스터를 포함하되,
상기 제 1 및 제 2 트랜지스터들을 통해 상기 연산 신호가 출력되는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
The method of claim 1,
The synapse is:
a first transistor configured to receive the weight; and
a second transistor coupled to the first transistor and configured to receive the input spike signal;
A spike neural network circuit in which the operation signal is output through the first and second transistors.
제 1 항에 있어서,
상기 연산 신호가 누적되고 상기 멤브레인 신호가 생성되는 멤브레인 커패시터를 더 포함하는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
The method of claim 1,
The spike neural network circuit further comprising a membrane capacitor in which the operation signal is accumulated and the membrane signal is generated.
입력 스파이크 신호와 가중치에 기초하여 연산 신호를 생성하도록 구성되는 시냅스; 및
상기 연산 신호에 기초하여 생성되는 멤브레인 신호의 전류와 바이어스 신호에 기초하여 생성되는 바이어스 전류를 비교하도록 구성되는 비교기를 이용하여 출력 스파이크 신호를 생성하도록 구성되는 뉴런을 포함하되,
상기 비교기는 상기 멤브레인 신호에 따라 상기 바이어스 전류를 조건적으로 공급하는 바이어스 회로를 포함하고,
상기 뉴런은 휴지기 조정 신호에 기초하여 상기 멤브레인 신호를 비활성화시키도록 더 구성되고, 그리고
상기 멤브레인 신호가 비활성화되는 구간 동안, 상기 멤브레인 신호의 전압은 접지 전압인 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
a synapse configured to generate a computational signal based on the input spike signal and the weight; and
a neuron configured to generate an output spike signal using a comparator configured to compare a bias current generated based on a bias signal with a current of a membrane signal generated based on the computational signal;
The comparator includes a bias circuit for conditionally supplying the bias current according to the membrane signal,
the neuron is further configured to inactivate the membrane signal based on a resting modulating signal, and
During a period in which the membrane signal is deactivated, the voltage of the membrane signal is a ground voltage.
제 11 항에 있어서,
상기 멤브레인 신호의 상기 전류와 상기 바이어스 전류의 비교 결과에 따라, 상기 출력 스파이크 신호가 활성화되는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
12. The method of claim 11,
A spike neural network circuit in which the output spike signal is activated according to a result of comparing the current of the membrane signal and the bias current.
제 11 항에 있어서,
상기 바이어스 회로는:
상기 멤브레인 신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프되도록 구성되는 제 1 트랜지스터; 및
상기 바이어스 전류를 생성하도록 구성되고 그리고 상기 제 1 트랜지스터에 연결되는 제 2 트랜지스터를 포함하는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
12. The method of claim 11,
The bias circuit is:
a first transistor configured to be turned on or off according to the membrane signal; and
and a second transistor configured to generate the bias current and coupled to the first transistor.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터가 턴 온되면, 상기 제 1 트랜지스터를 통해 상기 제 2 트랜지스터의 상기 바이어스 전류가 공급되고, 그리고
상기 제 1 트랜지스터가 턴 오프되면, 상기 제 2 트랜지스터의 상기 바이어스 전류가 공급되지 않는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
14. The method of claim 13,
When the first transistor is turned on, the bias current of the second transistor is supplied through the first transistor, and
A spike neural network circuit in which the bias current of the second transistor is not supplied when the first transistor is turned off.
제 13 항에 있어서,
상기 바이어스 회로는 상기 멤브레인 신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프되도록 구성되고 그리고 상기 비교기의 제 1 전원 전압과 연결되는 제 3 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 제 1 트랜지스터는 상기 비교기의 제 2 전원 전압과 연결되고,
상기 멤브레인 신호의 상기 전류는 상기 제 3 트랜지스터에 의해 생성되고,
상기 바이어스 전류는 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터들에 의해 생성되는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
14. The method of claim 13,
The bias circuit further comprises a third transistor configured to be turned on or off according to the membrane signal and connected to the first power supply voltage of the comparator,
The first transistor is connected to a second power supply voltage of the comparator,
the current of the membrane signal is generated by the third transistor,
wherein the bias current is generated by the first and second transistors.
제 11 항에 있어서,
상기 뉴런은 상기 출력 스파이크 신호가 활성화되면 턴 온됨으로써 상기 멤브레인 신호가 생성되는 노드와 상기 비교기의 전원 전압을 전기적으로 연결하도록 구성되는 트랜지스터를 포함하는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
12. The method of claim 11,
and the neuron is turned on when the output spike signal is activated, and a transistor configured to electrically connect a power supply voltage of the comparator to a node generating the membrane signal.
제 11 항에 있어서,
상기 뉴런은 상기 멤브레인 신호가 비활성화되는 상기 구간을 조정하도록 구성되는 휴지기 조정 회로를 포함하는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
12. The method of claim 11,
and wherein the neuron comprises a resting period adjustment circuitry configured to adjust the period in which the membrane signal is inactive.
제 17 항에 있어서,
상기 출력 스파이크 신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프되고 그리고 상기 휴지기 조정 신호를 생성하도록 구성되는 제 1 트랜지스터;
상기 제 1 트랜지스터의 제 1 단과 연결되고 상기 제 1 트랜지스터와 상기 비교기의 전원 전압 사이에 연결되는 제 2 트랜지스터; 및
상기 제 1 트랜지스터의 제 2 단과 연결되고 그리고 상기 휴지기 조정 신호에 따라 상기 멤브레인 신호가 생성되는 노드와 상기 비교기의 전원 전압을 전기적으로 연결하도록 구성되는 제 3 트랜지스터를 포함하는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
18. The method of claim 17,
a first transistor turned on or off according to the output spike signal and configured to generate the idle adjustment signal;
a second transistor coupled to a first terminal of the first transistor and coupled between the first transistor and a power supply voltage of the comparator; and
and a third transistor coupled to a second end of the first transistor and configured to electrically connect a power supply voltage of the comparator to a node at which the membrane signal is generated according to the resting period adjustment signal.
제 11 항에 있어서,
상기 시냅스는:
상기 가중치를 수신하도록 구성되는 제 1 트랜지스터; 및
상기 제 1 트랜지스터와 연결되고 상기 입력 스파이크 신호를 수신하도록 구성되는 제 2 트랜지스터를 포함하되,
상기 제 1 및 제 2 트랜지스터들을 통해 상기 연산 신호가 출력되는 스파이크 뉴럴 네트워크 회로.
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The synapse is:
a first transistor configured to receive the weight; and
a second transistor coupled to the first transistor and configured to receive the input spike signal;
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