TW409253B - Associative memory and its operation method - Google Patents

Description

409253 Λ7 五、發明説明（f ) 本發明偽關於一種神經元（neuron)之關聯式記憶體， 其在一指定之快速資料處理条統中相對於傳統之同等级 之糸統而言由於髙级之平行處理方式而具有很大之優點 。特別是在快速之資料分配（就像對感測器資料之回答） 時（例如，在圖像處理時或智慧型感測器中之資料處理時） ,則需要一種適當之具有小面積和能量消耗很小之V L S I 電路。 關聯式記億體就像傳統之記憶體一樣是由矩陣形式配 置之記億體單胞集（set)所構成，但另外具有某種程度之 其它功能。在目前具有學習功能之神經元關連式記憶體 中，記憶體單胞都是一種處理器元件或自動機（Automat) 之形式，其是由本地（local)記億體及本地之順序控制器 所組成。 由palm所寫之論文名稱為"On Associative Memory " in Biological Cybernetics 36， 1 9 8 0,第 19-31頁中已 知有一種所謂”關聯式矩陣”原理，其是與二進位（binary) 之記億體矩陣有關，其中同樣是二進位之輪入向量X以 列（row)方式讀入而輸出向量Y則以行（column)方式讀出 。此種關聯式記億體因此是藉由所謂HeblTschen學習規 則之已簡化之形式來實現，此種Hebb'chen學習規則在 施加一種可相闊聯（associative)之圖樣對（pattern pair) X/Y至矩陣時是局部性地（locally)在毎一矩陣元件mij 中決定該元件iei;j之狀態即將以何種方式來改變。在特 殊情況時這顯示：記憶體矩陣首先設定在完全具有’暹輯 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4现辂（2】ΟΧ2〔)7公犮） ^ 裝"線 (請先閱讀背面之注意事項再nt頁) 經濟部中央標準局貝工消资合作社印製 働253 Λ7 Η 7 經濟部中央標準局員Η消f合作社印製 五、發明説明（ > ) 1 1 0 '之初始化狀態中〇 在讀取過程期間每- -記憶體單胞m ij 1 1 符 合 下 述 情 況 ： 若 xi Y j ， 邏 輯 1 r 1 則記憶體單胞Π ij 1 | 之 狀 態 正 確 地 由 邏輯0 1 改 變 成 '邏輯1 1 〇 當 '邏輯1 1 •*·**'^ 請 1 I 已 寫 入 相 關 之 記 憶 qntr 體 DD 単 胞 時 9 則 這 DO 早 胞 之 狀 態 會 保 持 間 -ίΛ. 1 1 著 0 在 讀 出 —~- 値 已 存 入 之 資 料 字 時 » 則 會 出 現 該 矩 陣 之 背 而 1 1 之 1 相 關 的 输 入 向 量 X 且 形 成 —- 値 輸 出 值 Y ' 9 其 中 記 億 Pttta 體 注 意 1 各 οσ 早 胞 之 ”活化性（a c t i v i t y )" 是 以 行 之 方 式 相 加 且 臨 界 m 1 I 再 1 I 值 之 決 定 可 pfer 應 用 在 所 得 之 和 (S UIB )中。 因此若X = ® ij 填 .)裝 '1 1 > 則記億體單胞是” 活 性 的 (a c t i v e ) 11 0 頁 ^___- 1 由 P r 0 C e e di ng S 0 f I EE E Co nf e r e η c e 0 Π Hi C Γ 0 N e U Γ 0 1 1 1 9 6 , 第6 8 - 7 9 頁 中 已 知 有 一 些 類 bb ( a η a 1 0 g )計算陣列 I, { a Γ Γ a y )之原理， 優點和限制。 1 1 本 發 明 之 困 的 曰 λΕ 提 供 —* 種 關 聯 式 記 億 體 及 其 操 作 方 法 i 1 其 中 此 關 聯 式 記 憶 體 之 早 胞 具 有 盡 可 能 少 之 組 件 且 幾 ί 1 乎 可 達 到 傳 統 唯 讀 記 億 體 (E EPROM, EP RO Μ ) 之 積 體 密 度 以 ! 1 及 具 有 一 種 盡 可 能 小 之 功 率 損 耗 ο 1 ! 上 述 目 的 是 由 申 請 專 利 範 圍 第 1 項 之 關 聯 式 記 億 體 Π 以 線 )ι 及 甲 請 專 利 範 圍 第 3 項 之 特 徽 中 所 述 之 方 法 來 達 成 〇 Φ J j 1 請 專 利 範 圍 第 2 項 之 特 徴 則 和 本 發 明 有 利 之 其 它 形 式 有 1 I 關 〇 1 1 本 發 明 以 下 將 依 據 — 顯 示 在 圖 式 中 之 實 施 例 作 詳 細 描 1 1 述 〇 1 I m 由 本 發 明 則 可 藉 助 於 二 個 串 聯 之 ΡΜ 0 S 電 晶 體 來 達 1 1 成 上 述 之 學 習 功 能 和 記 -4 億 功 能 之 功 能 上 之 整 合 〇 圖 式 簡 1 1 1 1 1 1 本紙乐尺度滷用中國阀家標準（CNS ) Λ4规掊（UOX297公双） 40^253 ；；； ___ 五、發明説明（夕） 單説明如下： 第1圖偽一種關聯式記億體之一部份的圖解，其具有 6個以相同方式構成之單胞1.. 5，Z 。 單胞Z例如具有一痼由正規（regular}之PM0S電晶體T1 和另一 PM0S電晶體T2(其具有浮動閛極FG)所構成之串聯 電路，其中此串聯電路經由電晶體τι而與電源電壓（νάά 相連接且經由電晶體Τ2而與輸出向量Υ之位元信號所用 之接點Yj相連接以及亦與電流計算器IBj之輸入端相連 接··電晶體T1之蘭極G1是與輸入向量X之位元信號所用 之接點Χκ相連接。電晶體T2之閘極G2是與學習佶號用之 接點L E A R N相連接。與記億體單胞Z直接相鄰之單胞1和 4不和接點X κ相連接而只和輸入向量之相鄰-位元信號 用之接點Xk - i和Χκ + 1相連接且與單胞Z共同形成

I

第一行（column)。相鄰之行是由單胞2,3和5所構成，單 胞2,3和5不舆接點Yj相建接，而是和輸出向量之相鄰 -位元信號所用之接點Y 以及另一電流計算器I B j十丄 相連接。 一個行（coliiEn)由複數個記億體單胞所構成，其電晶 體T2之汲極節點經由一條共同之汲極導線而與接點Yj 經濟部中央標华局員工消资合作社印製 相連接。依據讀取相位（Phase)中導通之記億體單胞之數 目，刖有一確定之電流在該共同之汲極導線中流動。連 接在汲極導線之電流計算器ΙΒή ，ΙΒ.ί ,於是分別 J 3 + 1 測得一行（c ο 1 U m η )中受驅動之記憶體單胞之數目且進行 臨界值之決定。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) ΛΊ規枋（210X297公錄） 五、發明説明（车 409253 Λ7 R7 轵始化戒整體抻（g〗oha丨）去除： 在可以原來之學習過程開始之前，必須對記億體矩陣 進行起始化，其中在所有記億體單胞中須寫入H邏輯〇 u 且具有浮動閘極之所有電晶體須成為”常閉（ϋΟΓΠ^ΙΙγ-ο f f ) 1' 電晶體 ，其中 ”常閉 ”之意 義是： 電晶體 在閛極 -源極-電壓是0V時截止的（off)。 常閉（normally off)例如能以下逑方式達成：在已製 成之電路上使用紫外（UV)光（UV-去除）或更好之方式是 施加一種較基體（整體，bulk)還高之正電壓至所有學習 輪入端LEARN,這樣可使浮動閘極由於Fowler-Nordheim -隧道效應（其傺經由閘極-氧化物）而充正電》 關臌忒記榼體： 在關聯式記憶體中例如須符合下逑協定：在”邏輯1 時施加0 V之電壓位準至接點X k而在”邏輯0 ”時施加V DD =+5V之電壓位準至接點Xk;在邏輯1 ”時施加一種負 電位（例如， 5V )至接點而在”邏輯 prog DD — H時同樣地施加VDD = +5V之電壓位準至接點Yj 。學 請 先 閱 背 1¾ 之 注 意 事 項 再 頁 線 經濟部中央標隼局員工消f合作社印製 位 相 式 。 聯果 關結 示之 顯生 表産 下所 R 』 A 〇 合 LE接組 端建同 入相不 輸端種 習地各 接之 與值 地入 定輸 固間 是期 都 e 言as 而ph ^ ( 單 體 憶 記 之 有 所 對 本紙張尺度適用中國國家標卑（CNS ) Λ4^ ( 2〗〇X2^7公焯） 409253 A 7 H7 五、發明説明（ r X Y X X {LEARN= 0V) '(Γ 1 0 F v v DD VDD T1截止，沒有電流流動 1 0 1 '1 ' V DD V prog T1截止，没有電流流動 '1 ' r 0 1 0 V V DD Τ 1 導通，但 Y = V DD = 5 V 投有電流流動 '1 1 '1.' 0 V V prog T1,T2導通，HE注入浮 動閛極中，浮動閘極充 負電，ut下降 由此表可看出，只有在時由於較高之汲極 -源極-電壓而會有電流流動且因此會由於熱電子注入 (Η E - I π j e k t i ο η )至浮動-閘掻（F G )中而使浮動-閘搔-PM0S-電晶體進行一種熱電子-程式化。額外之電子於 是抵達浮動-閘極，這樣會使電晶體Τ 2之臨界電壓在正 值之方向中變化，直至Τ2最後是一種常開（normally on) 電晶體為止，其中常開之意義是：電晶體在閘極-源極 -電壓為GV時是導通的^ 讅取（取冋） 在讀取相位中例如符合以下之協定：在接點Χκ時GV之 讀 先 間 背 1¾ 之 注 意 事 項 再 I 頁 線 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 且 = e 6 1 Γ I f ( 邏箸 K空 浐時 應Ξ 對 m. 位點 壓接 電。 電 於且 應號 對信 準何 位任 之加 施 不 或

DD 輯 邏 體 晶 胞 單 體 憶 記 為 作 點 節 R 極AR E 汲 L 之端 端 出 輸 流 電 之 V 與 地 定 固 是 言 而 胞 單 體 憶 記 之 有 所 對

入連 輸相 習 D 學 D 本紙張尺度適用中國國家棉準（CNS )以规枋（2]0X2y7公浼） A7 B7 409253 五、發明説明U ) 接。T1和T2所構成之串聯電路在此情況中是作及（ANB)-閘用；只有在X= '1'且單胞狀態='1'時及-閘才有電流 流動，此種電流可由一些經由共同之汲極導線而連接至 電晶體T 2之汲極節點之電流計算器I B 4 , I B ，... 所偵測到，只有在此情況中此二個電晶體才同時導通。 參考符號說明 X.....輸入向量 y.....輸出向量 FG.....浮動-閘極 T 1 , T 2.....PH0S-電晶體 1 B j , 1 B j+1 .…電流計算器 1,2,3,4,5,2.....記憶體單胞 G 1 , G 2.....閘極 V DD .....電源電壓 誚先閱讀背而之注意事項再楨寫本頁 丁 、-口 線 好-c 部屮 1-,;"^而'-]'-"消於"竹"卬5>; 一 8 - 本紙张尺及瑀州十囤國家掠卑（CNS ) Λ4规格（210X297公;ί )

Claims (1)

1. 3?1 14 5 3S' 40925a A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 1. 一種關聯式記憶體，其具有許多相同形式之記億體單 胞（Z),其待徴為： 請 先 閱 背 面 之 注 意 事 項 再 寫厂、 本、 頁 -各別之記億體單胞只由一宿正規（regular)之第一 PM0S 電晶體（T1)和一第二PM0S電晶體（T2)(其具有一個浮 動-閘搔（FG))所形成之串聯電路所構成，其中第一 PM0S電晶體之第一接點是與電源電壓（VDD )相連接 旦第一 PH0S電晶體之第二接點經由上述至關聯式記 億體之第二PM0S電晶體而與輪出向量（Y)之位元信號 用之各別接點（Υ β >相連接以及為了可進行讀出過程 J 而與電流計算器（It)4 )相連接， -在各別單胞中和輸入向量（X)之位元信號所用之接點 (JU )是與各第一 PM0S電晶體之閛極（G1)相連接且學 習信號（LEARN)用之接點是與第二PM0S電晶體之閘極 (G2)相連接。 線 2. 如申請專利範圍第1項之關聯式記億體，其中記億體 單胞配置成矩陣形式，輸入向量之位元信號用之各接 點（Xr )是與共同之列（row)之記億體單胞（3)相連接且 輸出向量之位元信號用之各接點（Yj )是與共同之行 (column}之單胞（1,4)相連接。 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 3. —種關聯式記億體之操作方法，此處關聯式記億體是 指申饋專利範圍第1項中所述者，本方法之特徴為： -藉肋於較基體還高之正電壓施加至學習信號用之接 點而以紫外（UV>光或藉由浮動-閘極（FG)之充正電 來達成一種整體性（global)之去除作用，其中所有 -9- 本紙張尺度適用中國國家摞準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ABCD 409253 六、申請專利範圍 之第二PM0S電晶體（T2)將成為常閉（noraaliy off) 電晶體， -在各單胞中須製成一種關聯式記億體，使得只要熱 電子一注入各第二PM0S電晶體之浮動-閘極中時， 若輸入向量之位元信號以及輪出向量之位元信號用 之各接點分別施加邏輯1之位準，則第二PM0S電晶 體會成為常開（normally on)電晶體， -各單胞之讓出過程是以下述方式進行，即，若在輸 入向量之各別位元信號用之接點上施加邏輯1之位 準且第二PM0S電晶體是常開電晶體（只有恰巧在此種 情況時此二個PM0S電晶體是導通的），則學習信號 (LEARN)會接收到上逑之電源電壓（VDD )且電流只 會流經當時之串聯電路及輸出向量之位元信號用之 接點。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標率局貝工消費合作社印製 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4C格（210X297公釐）