【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)屬于新型智能計(jì)算領(lǐng)域，更具體地，涉及一種提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)及其寫入方法。
技術(shù)介紹
1、馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)是目前世界上計(jì)算機(jī)的主流結(jié)構(gòu)，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)的局限性逐漸顯現(xiàn)。在馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)中計(jì)算單元和存儲(chǔ)單元是分離的，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)先將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)單元中讀取出來傳遞到計(jì)算單元中，經(jīng)過計(jì)算單元處理后再將結(jié)果返回到存儲(chǔ)單元中。如今計(jì)算單元的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于存儲(chǔ)單元的讀取速度，這導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的速度主要受限于數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)單元和計(jì)算單元之間的傳遞速度，成為限制計(jì)算機(jī)性能的“內(nèi)存墻”。存內(nèi)計(jì)算是解決馮·諾伊曼“內(nèi)存墻”的一種方案，存內(nèi)計(jì)算將存儲(chǔ)單元和計(jì)算單元集成在一起，不需要在存儲(chǔ)單元和計(jì)算單元間來回傳遞數(shù)據(jù)。
2、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種受到生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)啟發(fā)的計(jì)算模型，其由神經(jīng)元和突觸構(gòu)成。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過學(xué)習(xí)算法能夠模擬人腦的學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力，在圖像識(shí)別、自然語言處理等領(lǐng)域取得了巨大的成就。然而，大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在馮·諾伊曼架構(gòu)下面臨著巨大的速率和功耗挑戰(zhàn)。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，突觸是神經(jīng)元之間的連接點(diǎn)，擁有不同的權(quán)重，從而決定了神經(jīng)元之間的信號(hào)傳遞強(qiáng)度，是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)和記憶的基礎(chǔ)。相變存儲(chǔ)器具有可調(diào)的電阻值，因此相變存儲(chǔ)器可以用于實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的突觸。通過相變存儲(chǔ)器陣列，我們可以實(shí)現(xiàn)在存儲(chǔ)器中實(shí)現(xiàn)突觸權(quán)重的存儲(chǔ)和計(jì)算，即存內(nèi)計(jì)算。
3、在相變存儲(chǔ)器陣列中，輸入信號(hào)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，電壓信號(hào)輸入相變存儲(chǔ)器陣列，通過歐姆定律和基爾霍夫電流定律相變存儲(chǔ)器陣列高并行地實(shí)現(xiàn)了乘加操作，將電流轉(zhuǎn)
4、但是傳統(tǒng)相變存儲(chǔ)器陣列中的相變存儲(chǔ)器的電導(dǎo)態(tài)有限，會(huì)導(dǎo)致相變存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)的突觸權(quán)重精度不高，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確率下降。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本申請(qǐng)的目的在于提供一種提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)及其寫入方法，能有效提高相變存儲(chǔ)器突觸的權(quán)重精度。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)，包括：
3、相變存儲(chǔ)器陣列，包括電連接在多條行線和多條列線之間的存儲(chǔ)單元，每一列存儲(chǔ)單元均包括若干個(gè)權(quán)重行相變存儲(chǔ)器和一個(gè)參考行固定相變存儲(chǔ)器，權(quán)重行相變存儲(chǔ)器包括若干個(gè)相變存儲(chǔ)器組，所述相變存儲(chǔ)器組由上下相鄰設(shè)置的第一高位相變存儲(chǔ)器和第一低位相變存儲(chǔ)器組成，所述參考行固定相變存儲(chǔ)器由上下相鄰設(shè)置的第二高位相變存儲(chǔ)器和第二低位相變存儲(chǔ)器組成；每一列存儲(chǔ)單元中的若干個(gè)相變存儲(chǔ)器組共用同一列上的參考行固定相變存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的若干個(gè)突觸權(quán)重；
4、電流鏡模塊，用于將各低位相變存儲(chǔ)器行線上的電流縮小為1/n倍后輸入到其該低位相變存儲(chǔ)器行線上相鄰的高位相變存儲(chǔ)器行線中；
5、電流轉(zhuǎn)電壓模塊，用于將權(quán)重行相變存儲(chǔ)器中的各高位相變存儲(chǔ)器行線上的電流轉(zhuǎn)換成電壓輸出；同時(shí)還用于將參考行固定相變存儲(chǔ)器中的高位相變存儲(chǔ)器行線上的電流反向處理，并將反向處理的電流輸入到權(quán)重行相變存儲(chǔ)器中的高位相變存儲(chǔ)器行線中。
6、作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述電流鏡模塊包括多個(gè)電流鏡，所述電流鏡的輸入端與低位相變存儲(chǔ)器行線相連，所述電流鏡的輸出端與該低位相變存儲(chǔ)器上相鄰的高位相變存儲(chǔ)器行線相連。
7、作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述電流轉(zhuǎn)電壓模塊包括多個(gè)反向放大電路；
8、權(quán)重行相變存儲(chǔ)器中的高位相變存儲(chǔ)器行線與相對(duì)應(yīng)的各反向放大電路的反向輸入端相連，所述參考行固定相變存儲(chǔ)器中的高位相變存儲(chǔ)器行線通過與其連接的反向放大電路進(jìn)行反向后，再通過反饋電阻連接到所述權(quán)重行相變存儲(chǔ)器中的高位相變存儲(chǔ)器行線。
9、作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述突觸權(quán)重所對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)值g為：
10、
11、式中，gupper為高位相變存儲(chǔ)器的電導(dǎo)值，glower為與該高位相變存儲(chǔ)器下相鄰的低位相變存儲(chǔ)器的電導(dǎo)值；gs為參考行固定相變存儲(chǔ)器的電導(dǎo)值。
12、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N如上述所述的提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)的寫入方法，包括如下步驟：
13、寫驗(yàn)證第一階段，對(duì)各高位相變存儲(chǔ)器執(zhí)行寫驗(yàn)證操作，具體為：
14、(1)讀取高位相變存儲(chǔ)器電導(dǎo)gcell,1，若高位相變存儲(chǔ)器的電導(dǎo)值小于高位相變存儲(chǔ)器的目標(biāo)電導(dǎo)范圍下限glower,1，則對(duì)高位相變存儲(chǔ)器施加set脈沖，否則，執(zhí)行步驟(2)；
15、(2)讀取高位相變存儲(chǔ)器電導(dǎo)gcell,1，若高位相變存儲(chǔ)器的電導(dǎo)值大于高位相變存儲(chǔ)器的目標(biāo)電導(dǎo)范圍上限gupper,1，則對(duì)高位相變存儲(chǔ)器施加reset脈沖，否則，執(zhí)行步驟(3)；
16、(3)讀取高位相變存儲(chǔ)器電導(dǎo)gcell,1，若高位相變存儲(chǔ)器的電導(dǎo)值小于gupper,1且大于glower,1，則執(zhí)行步驟(4)，否則，執(zhí)行步驟(1)；
17、寫驗(yàn)證第二階段，對(duì)低位相變存儲(chǔ)器執(zhí)行寫驗(yàn)證操作，具體為：
18、(4)讀取低位相變存儲(chǔ)器電導(dǎo)gcell,2，若低位相變存儲(chǔ)器的電導(dǎo)值小于低位相變存儲(chǔ)器目標(biāo)電導(dǎo)范圍下限glower,2，則對(duì)低位相變存儲(chǔ)器施加set脈沖，否則，執(zhí)行步驟(5)；
19、(5)讀取低位相變存儲(chǔ)器電導(dǎo)gcell,2，若低位相變存儲(chǔ)器的電導(dǎo)值大于低位相變存儲(chǔ)器目標(biāo)電導(dǎo)范圍上限gupper,2，則對(duì)低位相變存儲(chǔ)器施加reset脈沖，否則，執(zhí)行步驟(6)；
20、(6)讀取低位相變存儲(chǔ)器電導(dǎo)gcell,2，若低位相變存儲(chǔ)器的電導(dǎo)值小于gupper,2且大于glower,2，則退出寫驗(yàn)證操作，否則，執(zhí)行步驟(4)；其中，低位相變存儲(chǔ)器的目標(biāo)電導(dǎo)根據(jù)高位相變存儲(chǔ)器電導(dǎo)值的誤差進(jìn)行修改。
21、作為進(jìn)一步優(yōu)選的，在步驟(1)中，高位相變存儲(chǔ)器的目標(biāo)電導(dǎo)范圍下限glower,1為：
22、glower，1＝gtarget，1(1-range1)
23、set脈沖的幅值vset1,n為：
24、vset,n＝vset,n-1+vstep,set
25、式中，gtarget,1為高位相變存儲(chǔ)器目標(biāo)電導(dǎo)；range1為高位相變存儲(chǔ)器目標(biāo)電導(dǎo)的誤差范圍；vset,n-1為上一次施加的set脈沖的電壓幅值；vstep,set為施加set脈沖過程中的步進(jìn)電壓。
26、作為進(jìn)一步優(yōu)選的，在步驟(2)中，高位相變存儲(chǔ)器的目標(biāo)電導(dǎo)范圍上限gupper,1為：
27、gupper,1＝gtarget，1
28、reset脈沖的幅值vreset,n為：
29、vreset,n＝vreset,n-1+vstep,reset
30、式中，gtar本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電流鏡模塊包括多個(gè)電流鏡，所述電流鏡的輸入端與低位相變存儲(chǔ)器行線相連，所述電流鏡的輸出端與該低位相變存儲(chǔ)器上相鄰的高位相變存儲(chǔ)器行線相連。
3.如權(quán)利要求1所述的提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電流轉(zhuǎn)電壓模塊包括多個(gè)反向放大電路；
4.如權(quán)利要求1所述的提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述突觸權(quán)重所對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)值G為：
5.一種如權(quán)利要求1～4任意一項(xiàng)所述的提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)的寫入方法，其特征在于，包括如下步驟：
6.如權(quán)利要求5所述的提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)的寫入方法，其特征在于，在步驟(1)中，高位相變存儲(chǔ)器的目標(biāo)電導(dǎo)范圍下限Glower,1為：
7.如權(quán)利要求5所述的提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)的寫入方法，其特征在于，在步驟(2)中，高位相變存儲(chǔ)器的目標(biāo)電導(dǎo)范圍上限Gupper,1為：p>
8.如權(quán)利要求5所述的提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)的寫入方法，其特征在于，在步驟(4)中，低位相變存儲(chǔ)器目標(biāo)電導(dǎo)范圍下限Glower,2為：
9.如權(quán)利要求5所述的提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)的寫入方法，其特征在于，在步驟(5)中，低位相變存儲(chǔ)器目標(biāo)電導(dǎo)范圍上限Gupper,2為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電流鏡模塊包括多個(gè)電流鏡，所述電流鏡的輸入端與低位相變存儲(chǔ)器行線相連，所述電流鏡的輸出端與該低位相變存儲(chǔ)器上相鄰的高位相變存儲(chǔ)器行線相連。
3.如權(quán)利要求1所述的提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電流轉(zhuǎn)電壓模塊包括多個(gè)反向放大電路；
4.如權(quán)利要求1所述的提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述突觸權(quán)重所對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)值g為：
5.一種如權(quán)利要求1～4任意一項(xiàng)所述的提高相變存儲(chǔ)器陣列突觸權(quán)重精度的結(jié)構(gòu)的寫入方法，其特征在于，包括如下步...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：程曉敏，閆森浩，繆向水，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華中科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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