Habarlar

Hakyky maglumatlary gaýtadan işleýän programmalar ykjam, pes gijikdirilen, pes güýçli hasaplaýyş ulgamlaryny talap edýär. Wakalara esaslanýan hasaplaýyş mümkinçilikleri bilen, goşmaça metal-oksid-ýarymgeçiriji gibrid memristive neýromorf arhitekturasy şular ýaly meseleler üçin ideal enjam binýadyny üpjün edýär. Şeýle ulgamlaryň doly mümkinçiligini görkezmek üçin, hakyky obýekti lokalizasiýa programmalary üçin datçigi gaýtadan işlemegiň giňişleýin çözgüdini teklip edýäris we synagdan geçirýäris. Ammar baýguş neýroanatomiýasyndan ylham alyp, iň häzirki zaman pizzoelektrik mikromehaniki geçiriji geçirijini hasaplaýyş grafiki esasly neýromorf garşylykly ýady bilen birleşdirýän bioinspirlenen, hadysalara esaslanýan obýekt lokalizasiýa ulgamyny döretdik. Memoryat esasly garşylykly tötänlik detektoryny, gijikdiriji çyzyk zynjyryny we doly özleşdirilip bilinýän ultrases ses geçirijisini öz içine alýan ýasalan ulgamyň ölçeglerini görkezýäris. Bu synag synaglaryny ulgam derejesinde simulýasiýalary kalibrlemek üçin ulanýarys. Soňra bu simulýasiýalar obýektiň lokalizasiýa modeliniň burç çözgüdine we energiýa netijeliligine baha bermek üçin ulanylýar. Netijeler, çemeleşmämiziň şol bir işi ýerine ýetirýän mikrokontrollara garanyňda has köp energiýa sarp edip biljekdigini görkezýär.
Gündelik durmuşymyzda bize kömek etmek üçin ýerleşdirilen enjamlaryň we ulgamlaryň sany gitdigiçe köpelýän hemme ýerde hasaplaýyş döwrüne gadam basýarys. Bu ulgamlaryň yzygiderli işlemegine garaşylýar, mümkin boldugyça az güýç sarp edip, birnäçe datçikden ýygnan maglumatlaryny hakyky wagtda düşündirmegi öwrenýär we klassifikasiýa ýa-da tanamak meseleleriniň netijesinde ikilik önümini öndürýär. Bu maksada ýetmek üçin zerur ädimleriň biri şowhunly we köplenç doly däl duýgur maglumatlardan peýdaly we ykjam maglumatlary çykarmakdyr. Adaty in engineeringenerçilik çemeleşmeleri, adatça sensor signallaryny hemişelik we ýokary tizlikde alýar, peýdaly girişler bolmasa-da köp mukdarda maglumat döredýär. Mundan başga-da, bu usullar (köplenç şowhunly) giriş maglumatlaryny öňünden işlemek üçin çylşyrymly sanly signallary gaýtadan işlemegiň usullaryny ulanýarlar. Muňa derek, biologiýa energiýa tygşytlaýan, asynkron, hadysalara esaslanýan çemeleşmeleri ulanyp, şowhunly duýgur maglumatlary gaýtadan işlemek üçin alternatiw çözgütleri hödürleýär. Newromorphic computing, adaty signallary gaýtadan işlemegiň usullary bilen deňeşdirilende energiýa we ýat talaplary boýunça hasaplama çykdajylaryny azaltmak üçin biologiki ulgamlardan ylham alýar4,5,6. Recentlyakynda impulsly nerw ulgamlaryny (TrueNorth7, BrainScaleS8, DYNAP-SE9, Loihi10, Spinnaker11) amala aşyrýan innowasion umumy maksatly ulgamlar görkezildi. Bu prosessorlar maşyn öwrenmek we kortikal zynjyry modellemek üçin pes güýç, pes gijikdirme çözgütleri bilen üpjün edýär. Energiýa netijeliligini doly peýdalanmak üçin bu neýromorf prosessorlar gönüden-göni hadysalara esaslanýan datçiklere birikdirilmelidir12,13. Şeýle-de bolsa, häzirki wagtda hadysalara esaslanýan maglumatlary gönüden-göni üpjün edýän birnäçe sensor enjamy bar. Görnükli mysallar, yzarlamak we hereketi kesgitlemek ýaly görüş programmalary üçin dinamiki wizual datçiklerdir (DVS), kremniý koklea18 we eşidiş signalyny gaýtadan işlemek üçin neýromorf eşidiş datçikleri (NAS) 19, elfabriki datçikler20 we köp sanly degirmen 21,22. . dokma datçikleri.
Bu kagyzda, obýektiň lokalizasiýasyna ulanylýan täze döredilen hadysalara esaslanýan eşidiş gaýtadan işleýiş ulgamyny hödürleýäris. Bu ýerde ilkinji gezek häzirki zaman piezoelektrik mikromachin ultrases ses geçirijisini (pMUT) neýromorf garşylykly ýadyň (RRAM) esasly hasaplaýyş grafigi bilen birikdirmek arkaly alnan obýekti lokallaşdyrmak üçin ahyrky ulgamy suratlandyrýarys. RRAM ulanyp, ýatda saklaýan hasaplaýyş arhitekturasy, sarp edilişini azaltmak üçin geljegi uly çözgütdir23,24,25,26,27,28,29. Maglumatlaryň saklanmagy ýa-da täzelenmegi üçin işjeň energiýa sarp edilmegini talap etmeýän, üýtgemeýän üýtgewsizligi, neýromorf hasaplamanyň asynkron, hadysalara esaslanýan tebigaty bilen ajaýyp gabat gelýär, netijede ulgam işsiz bolanda energiýa sarp edilmeýär. Piezoelektrik mikromachin ultrases ses geçirijileri (pMUTs), geçiriji we kabul ediji hökmünde hereket edip bilýän arzan, miniatýurlaşdyrylan kremniý esasly ultrases geçirijiler30,31,32,33,34. Gurlan datçikler tarapyndan alnan signallary gaýtadan işlemek üçin, ammar baýguş neýroanatomiýasyndan ylham aldyk 35,36,37. Ammar baýgusy Tyto alba, örän täsirli eşidiş lokalizasiýa ulgamynyň kömegi bilen ajaýyp gijeki aw ukyplary bilen tanalýar. Eyyrtyjynyň ýerleşýän ýerini hasaplamak üçin, mal ýatagynyň lokalizasiýa ulgamy, ýyrtyjy ses tolkunlary baýguşyň her gulagyna ýa-da ses reseptoryna ýetýän wagty uçuş wagtyny (ToF) kodlaýar. Gulaklaryň arasyndaky aralygy göz öňünde tutup, iki ToF ölçeginiň arasyndaky tapawut (Interaural Time Difference, ITD) nyşanyň azimut ýagdaýyny analitiki hasaplamaga mümkinçilik berýär. Biologiki ulgamlar algebraik deňlemeleri çözmek üçin ýaramly bolmasa-da, lokalizasiýa meselelerini örän netijeli çözüp bilerler. Ammar baýguş nerw ulgamy, ýerleşiş meselelerini çözmek üçin hasaplaýyş grafiklerine düzülen 38,39 sany tötänlik detektorynyň (CD) 35 neýronyny (ýagny, konwergensiýa tolgundyryjy uçlaryna aşak ýaýraýan tüýkülikleriň arasynda wagtlaýyn arabaglanyşygy kesgitlemäge ukyply neýronlary) ulanýar.
Öňki gözlegler, ammar baýguşynyň pes kollikulynyň (“eşidiş korteksi”) tarapyndan ylhamlanan goşmaça metal-oksid-ýarymgeçiriji (CMOS) enjamlary we RRAM esasly neýromorf enjamlary ITD13, 40, 41, ulanyp, ýagdaýy hasaplamagyň täsirli usulydygyny görkezdi. 42, 43, 44, 45, 46. Şeýle-de bolsa, eşidiş nokatlaryny neýromorf hasaplaýyş grafikleri bilen baglanyşdyrýan doly neýromorf ulgamlaryň potensialy entek görkezilmeli däl. Esasy mesele, deňeşdirmäni kesgitlemegiň takyklygyna täsir edýän analog CMOS zynjyrlarynyň mahsus üýtgemegi. Recentlyakynda, ITD47 çaklamalarynyň alternatiw san taýdan ýerine ýetirilişi görkezildi. Bu ýazgyda, RRAM-yň analog zynjyrlaryň üýtgemegine garşy durmak üçin geçirijilik bahasyny üýtgemeýän görnüşde üýtgetmek ukybyny ulanmagy teklip edýäris. 111,9 kHz ýygylykda işleýän bir pMUT geçiriji membranadan, ammar baýguş gulaklaryny simulýasiýa edýän iki sany pMUT membranadan (datçikden) ybarat bir synag ulgamyny amala aşyrdyk. Lokalizasiýa ulgamymyzy barlamak we burç ölçegine baha bermek üçin pMUT kesgitleýiş ulgamyny we RRAM esasly ITD hasaplaýyş grafigini synagdan geçirdik.
Usulymyzy adaty şöhlelendiriji ýa-da neýromorf usullary ulanyp, şol bir lokalizasiýa meselesini ýerine ýetirýän mikrokontrolda sanly ýerine ýetiriş bilen deňeşdirýäris, salgylanmada teklip edilýän ITD bahalandyrmasy üçin meýdan programmirläp bolýan derwezäniň massiwini (FPGA). 47. Bu deňeşdirme, teklip edilýän RRAM esasly analog neýromorf ulgamynyň bäsdeşlik güýjüniň netijeliligini görkezýär.
Obýektiň takyk we täsirli lokalizasiýa ulgamynyň iň ajaýyp mysallaryndan birini ammar baýguşlaryndan 35,37,48 tapyp bilersiňiz. Agşam düşende we daň atanda, mal ýatagy (Tyto Alba) esasan passiw diňlemäge daýanýar, rol ýa-da syçan ýaly ownuk ýyrtyjylary işjeň gözleýär. Bu eşidiş hünärmenleri, 1a-njy suratda görkezilişi ýaly, ýyrtyjydan eşidiş signallaryny haýran galdyryjy takyklyk (takmynan 2 °) 35 bilen lokallaşdyryp biler. Ammar baýguşlary azimut (gorizontal) tekizliginde ses çeşmeleriniň ýerleşişini ses çeşmesinden iki gulaga gelýän uçuş wagtynyň (ITD) tapawudyndan tapawutlandyrýar. ITD hasaplaýyş mehanizmi, nerw geometriýasyna daýanýan we iki esasy komponenti talap edýän Jeffress49,50 tarapyndan teklip edildi: akson, gijikdirme çyzgysy hökmünde hereket edýän neýronyň nerw süýümi we hasaplaýyş ulgamyna düzülen tötänleýin detektor neýronlary. 1b suratda görkezilişi ýaly grafik. Ses azimut garaşly wagt gijikdirilmegi (ITD) bilen gulaga ýetýär. Soňra ses her gulakdaky pyçak görnüşine öwrülýär. Çep we sag gulaklaryň aksonlary gijikdiriji çyzyklar hökmünde hereket edýär we CD neýronlarynda birleşýär. Nazary taýdan, gabat gelýän neýronlaryň diňe bir neýrony bir wagtyň özünde giriş alar (gijikdirme takyk ýatyrylýar) we iň köp ot açar (goňşy öýjükler hem ot alar, ýöne pes ýygylykda). Käbir neýronlary işjeňleşdirmek, ITD-ni burçlara öwürmezden, nyşanyň kosmosdaky ýagdaýyny kodlaýar. Bu düşünje 1c-nji suratda jemlenendir: mysal üçin, sag gulakdan giriş signaly çep gulakdaky ýoldan has uzak ýol geçende, ITD-leriň sanynyň öwezini dolmak üçin sag tarapdan gelýän bolsa; neýron 2 gabat gelende. Başgaça aýdylanda, her CD aksonal gijikdirme sebäpli belli bir ITD-e (optimal gijikdirme hem diýilýär) jogap berýär. Şeýlelikde, beýni wagtlaýyn maglumatlary giňişlik maglumatlaryna öwürýär. Bu mehanizm üçin anatomiki subutnamalar 37,51 tapyldy. Faza bilen gulplanan makronukleus neýronlary gelýän sesler barada wagtlaýyn maglumatlary saklaýar: adyndan görnüşi ýaly, belli bir signal fazalarynda ot alýarlar. Jeffress modeliniň tötänlik detektor neýronlaryny laminar ýadroda tapyp bolýar. Aksonlary gijikdiriji çyzyklar hökmünde hereket edýän makron ýadro neýronlaryndan maglumat alýarlar. Gijikdirme çyzygy bilen berlen gijikdirmäniň mukdary aksonyň uzynlygy, şeýle hem geçirijiniň tizligini üýtgedýän başga bir myelinasiýa nagşy bilen düşündirilip bilner. Ammar baýguşynyň eşidiş ulgamyndan ylham alyp, obýektleri lokallaşdyrmak üçin biomimetiki ulgam döreddik. Iki gulak iki sany pMUT kabul ediji bilen aňladylýar. Ses çeşmesi olaryň arasynda ýerleşýän pMUT geçirijisidir (1a surat) we hasaplama grafigi, girişleri gijikdirilen CD neýronlarynyň roluny ýerine ýetirip, RRAM esasly CD zynjyrlary (1-nji surat, ýaşyl) bilen emele gelýär. zynjyryň üsti bilen gijikdirme çyzyklary (gök) biologiki kärdeşinde akson ýaly hereket edýär. Teklip edilýän duýgur ulgam, eşidiş ulgamy 1–8 kHz diapazonda işleýän baýguşyň işleýiş ýygylygy bilen tapawutlanýar, ýöne bu işde takmynan 117 kHz işleýän pMUT datçikleri ulanylýar. Ultrases ses geçirijisini saýlamak tehniki we optimizasiýa ölçeglerine laýyklykda göz öňünde tutulýar. Ilki bilen, kabul ediş zolagyny bir ýygylyk bilen çäklendirmek ölçeg takyklygyny gowulandyrýar we gaýtadan işlemegiň ädimini aňsatlaşdyrýar. Mundan başga-da, ultrases barlagynda çykýan impulslaryň eşidilmeýän artykmaçlygy bar, şonuň üçin adamlary biynjalyk etmäň, sebäbi eşidiş aralygy ~ 20-20 kHz.
ammar baýgusy nyşandan ses tolkunlaryny alýar, bu ýagdaýda ýyrtyjy ýyrtyjy. Ses tolkunynyň uçuş wagty (ToF) her gulak üçin tapawutlanýar (ýyrtyjy baýguşyň öňünde bolmasa). Nokat çyzyk, ses tolkunlarynyň ammar baýguşlarynyň gulaklaryna ýetmek üçin alyp barýan ýoluny görkezýär. Eyyrty, iki akustiki ýoluň arasyndaky uzynlyk tapawudyna we degişli aralyk wagt tapawudyna (ITD) baglylykda gorizontal tekizlikde takyk lokallaşdyrylyp bilner (74-nji ref., Awtorlyk hukugy 2002, Neýroologiýa jemgyýeti). Ulgamymyzda pMUT geçiriji (goýy gök) nyşandan çykýan ses tolkunlaryny döredýär. Yzygiderli ultrases tolkunlary iki pMUT kabul ediji (açyk ýaşyl) tarapyndan kabul edilýär we neýromorf prosessor (sagda) gaýtadan işlenýär. b Ammar baýguşynyň gulaklaryna girýän sesleriň ilki bilen uly ýadroda (NM) fazaly gulplar ýaly kodlanýandygyny, soňra bolsa lamellar ýadrosynda gabat gelýän detektor neýronlarynyň geometrik tertipli toruny ulanýandygyny beýan edýän ITD (Jeffress) hasaplaýyş modeli. Gaýtadan işlemek (Gollandiýa) (çepde). Gijä galýan çyzyklary we tötänlik kesgitleýji neýronlary birleşdirýän neýroITD hasaplaýyş grafiginiň şekili, baýguş biosensor ulgamy RRAM esasly neýromorf zynjyrlary (sagda) ulanyp modelleşdirilip bilner. c Esasy Jeffress mehanizminiň shemasy, ToF-iň tapawudy sebäpli iki gulak dürli wagtlarda ses stimullaryny alýar we iki ujundan aksonlary detektora iberýär. Aksonlar tötänleýin kesgitleýji (CD) neýronlaryň bir bölegidir, olaryň her biri wagt bilen baglanyşykly girişlere saýlama jogap berýär. Netijede, girişleri iň az wagt tapawudy bilen gelen CD-ler iň ýokary derejede tolgunýarlar (ITD doly öwezini dolýar). Soňra CD nyşanyň burç ýagdaýyny kodlar.
Piezoelektrik mikromehaniki ultrases ses geçirijileri, ösen CMOS tehnologiýasy31,32,33,52 bilen birleşdirilip bilinýän we adaty göwrümli geçirijilerden has pes başlangyç naprýa andeniýe we güýç sarp edip bilýän ulaldylan ultrases geçirijilerdir53. Işimizde membrananyň diametri 880 mkm, rezonans ýygylygy 110–117 kHz diapazonda paýlanýar (2a surat, jikme-jiklikler üçin usullara serediň). On synag enjamynyň toparynda ortaça hil faktory takmynan 50 boldy (31-nji ser.). Tehnologiýa senagat taýdan kämillik derejesine ýetdi we her gezek bioinspirlenenok. Dürli pMUT filmlerinden maglumatlary birleşdirmek belli bir usuldyr we burç maglumatyny pMUT-lardan, mysal üçin şöhlelendiriş usullary31,54 ulanyp bolýar. Şeýle-de bolsa, burç maglumatyny almak üçin zerur bolan signallary gaýtadan işlemek pes güýji ölçemek üçin amatly däl. Teklip edilýän ulgam, neýromorf maglumatlary öňünden işleýän zynjyr pMUT-yny Jeffress modeli (2-nji surat) tarapyndan ylhamlanan RRAM esasly neýromorf hasaplaýyş grafigi bilen birleşdirýär, alternatiw energiýa tygşytly we çeşme çäklendirilen enjam çözgüdini üpjün edýär. Iki sany membrana tarapyndan alnan dürli ToF seslerini ulanmak üçin takmynan 10 sm aralykda iki sany pMUT datçigi ýerleşdirilen synag geçirdik. Geçiriji hökmünde hereket edýän bir pMUT kabul edijileriň arasynda otyr. Maksat, pMUT enjamynyň öňünde D uzaklykda ýerleşýän ini 12 sm bolan PVC plastinka (2-nji surat). Kabul ediji obýektden şöhlelenýän sesi ýazga alýar we ses tolkunynyň geçmegi bilen mümkin boldugyça reaksiýa berýär. D aralygy we θ burçy bilen kesgitlenýän obýektiň ýerini üýtgedip, synagy gaýtalaň. Baglanyşykdan ylham 55, şöhlelenýän tolkunlary neýromorf hasaplama grafigini girizmek üçin pMUT çig signallaryny neýromorf öňünden işlemegi teklip edýäris. Iň ýokary amplituda laýyk gelýän TOF iki kanalyň hersinden alynýar we aýratyn pikleriň takyk wagty hökmünde kodlanýar. Injirde. 2c, pMUT datçigini RRAM esasly hasaplama grafigi bilen interfeýs etmek üçin zerur zynjyry görkezýär: iki pMUT kabul edijiniň her biri üçin çig signal tekizlemek, düzetmek üçin süzgüçli süzgüçden geçýär we ýeňip geçmek tertibinde syzýan integrata geçýär. dinamiki bosagasy (2-nji surat) çykyş hadysasyny (tüpeň) we atyş (LIF) neýronyny döredýär: çykyş aralygy kesgitlenen uçuş wagtyny kodlaýar. LIF bosagasy pMUT jogabyna garşy kalibrlenýär we şeýlelik bilen pMUT enjamdan enjama üýtgeýär. Bu çemeleşme bilen, tutuş ses tolkunyny ýatda saklamagyň we soň gaýtadan işlemegiň ýerine, garşylykly ýadyň hasaplaýyş grafikasyna girişi emele getirýän ses tolkunynyň TOF-a gabat gelýän iň ýokary derejäni döredýäris. Tüýdükler göni gijikdirme setirlerine iberilýär we neýromorf hasaplama grafiklerinde gabat gelýän kesgitleme modullary bilen paralelleşdirilýär. Tranzistorlaryň derwezelerine iberilendigi sebäpli goşmaça güýçlendiriji zynjyr talap edilmeýär (jikme-jiklikler üçin goşmaça 4-nji surata serediň). PMUT tarapyndan üpjün edilýän lokalizasiýa burç takyklygyna we teklip edilýän signallary gaýtadan işlemegiň usulyna baha bermek üçin, obýektiň aralygy we burçy üýtgänsoň, ITD-ni (ýagny iki kabul ediji tarapyndan döredilen iň ýokary hadysalaryň arasyndaky wagt tapawudyny) ölçedik. Soňra ITD derňewi burçlara öwrüldi (Usullara serediň) we obýektiň ýagdaýyna garşy meýilleşdirildi: ölçenen ITD-de näbellilik obýektiň aralygy we burçy bilen ýokarlandy (2e surat, f). Esasy mesele, pMUT jogabynda iň ýokary ses-ses gatnaşygy (PNR). Obýekt näçe daşrak bolsa, akustiki signal şonça pes bolar we şeýlelik bilen PNR azalýar (2-nji surat, ýaşyl çyzyk). PNR-iň peselmegi ITD çaklamasyndaky näbelliligiň ýokarlanmagyna, lokalizasiýa takyklygynyň ýokarlanmagyna getirýär (2-nji surat, gök çyzyk). Geçirijiden 50 sm uzaklykdaky bir obýekt üçin ulgamyň burç takyklygy takmynan 10 °. Sensoryň aýratynlyklary bilen girizilen bu çäklendirmäni gowulandyryp bolar. Mysal üçin, emitter tarapyndan iberilen basyş artyp, pMUT membranasyny herekete getirýän naprýa .eniýäni ýokarlandyryp bolar. Geçirilen signaly güýçlendirmek üçin başga bir çözgüt, birnäçe geçirijini 56 birikdirmekdir. Bu çözgütler, energiýa çykdajylarynyň hasabyna ýüze çykaryş çägini artdyrar. Alýan tarapynda goşmaça gowulaşmalar bolup biler. PMUT kabul edijiniň ses poly, häzirki wagtda sim birikmeleri we RJ45 kabelleri bilen ýerine ýetirilýän pMUT bilen birinji basgançak güýçlendirijiniň arasyndaky baglanyşygy gowulandyrmak arkaly ep-esli azaldar.
1,5 mm aralykda birleşdirilen alty 880 mk membranaly pMUT kristalynyň şekili. b Ölçeg gurnamagynyň diagrammasy. Maksat azimut ýagdaýynda θ we D. uzak aralykda ýerleşýär. PMUT geçiriji 117,6 kHz signal döredýär, ol nyşandan gaçýar we dürli uçuş wagty (ToF) bilen iki pMUT kabul edijisine ýetýär. Aurlar arasyndaky wagt tapawudy (ITD) hökmünde kesgitlenen bu tapawut, obýektiň ýagdaýyny kodlaýar we iki kabul ediji datçigiň iň ýokary seslenmesine baha bermek arkaly bahalandyrylyp bilner. c Çig pMUT signalyny tolkun yzygiderliligine öwürmek üçin deslapky gaýtadan işlemegiň ädimleriniň shemasy (ýagny neýromorfiki hasaplama grafigine giriş). PMUT datçikleri we neýromorf hasaplaýyş grafikleri ýasaldy we synagdan geçirildi we neýromorfiki öňünden işlemek programma üpjünçiliginiň simulýasiýasyna esaslanýar. d Signal alnandan soň pMUT membranasynyň jogaby we tüýdük domenine öwrülmegi. e Obýekt burçunyň (Θ) we maksat obýektine aralyk (D) funksiýasy hökmünde eksperimental lokalizasiýa burç takyklygy. ITD çykarmak usuly iň az burç ölçegini takmynan 4 ° C talap edýär. f Burç takyklygy (gök çyzyk) we peak = 0 üçin obýektiň aralygy bilen iň ýokary ses-ses gatnaşygy (ýaşyl çyzyk).
Çydamly ýat maglumatlary üýtgemeýän geçiriji ýagdaýda saklaýar. Usulyň esasy ýörelgesi, materialyň atom derejesinde üýtgemegi, elektrik geçirijiliginiň üýtgemegine sebäp bolýar57. Bu ýerde ýokarky we aşaky titanium bilen titanium nitrid elektrodlarynyň arasynda sandwiçlenen 5nm gatlak hafnium dioksid gatlagyndan ybarat oksid esasly garşylykly ýady ulanýarys. RRAM enjamlarynyň geçirijiligi, elektrodlaryň arasynda kislorod boş ýerleriniň geçiriji filamentlerini döredýän ýa-da döwýän tok / naprýa waveeniýe tolkun formasyny ulanmak arkaly üýtgedilip bilner. Şeýle enjamlary58, tötänleýin kesgitleýjini we gijikdirme çyzgysyny amala aşyrýan ýasama üýtgedip bolýan neýromorf zynjyry döretmek üçin standart 130 nm CMOS prosesine birleşdirdik (3a surat). Enjamyň üýtgemeýän we analog tebigaty, neýromorf zynjyryň hadysalara esaslanýan tebigaty bilen birleşip, energiýa sarp edilişini azaldýar. Zynjyryň dessine öçürmek / öçürmek funksiýasy bar: açylandan soň derrew işleýär we zynjyr boş wagty güýjüň doly öçmegine mümkinçilik berýär. Teklip edilýän shemanyň esasy gurluş bölekleri injirde görkezilýär. 3b. N agramly toklar alynýan, diferensial jübüt integratoryň (DPI) 59 umumy sinapsyna sanjylýan we ahyrynda integrasiýa bilen sinapsyň içine sinaptiki agramlary kodlaýan N parallel ýeke-rezistorly bir tranzistorly (1T1R) gurluşlardan ybarat. syzmagy. işjeňleşdirilen (LIF) neýron 60 (jikme-jiklikler üçin usullara serediň). Giriş ululyklary 1T1R gurluşynyň derwezesine ýüzlerçe nanosekunt tertibi boýunça naprýa impleniýe impulslarynyň yzygiderliligi görnüşinde ulanylýar. Çydamly ýat, Vbottom topraklananda Vtop-a daşarky polo positiveitel salgylanma ulanyp, ýokary geçirijilik ýagdaýynda (HCS) ýerleşdirilip bilner we Vtop ýere düşende Vbottom-a polo positiveitel naprýa .eniýe ulanyp pes geçirijilik ýagdaýyna (LCS) dikeldilip bilner. HCS-iň ortaça bahasy, SET (ICC) programmirleme tokyny (laýyklygyny) seriýaly tranzistoryň derwezeli çeşme naprýa .eniýesi bilen çäklendirip dolandyrylyp bilner (3-nji surat). RRAM-yň zynjyrdaky funksiýalary iki esse: giriş impulslaryny gönükdirýär we agramlaýar.
130 nm CMOS tehnologiýasyna ýaşyl reňkdäki selektor tranzistorlary (ini 650 nm) bilen birleşdirilen gök HfO2 1T1R RRAM enjamynyň elektron mikroskopyny (SEM) skanirlemek. b Teklip edilýän neýromorf shemanyň esasy gurluş bölekleri. Giriş naprýa impeniýe impulslary (pikler) Vin0 we Vin1, 1T1R gurluşynyň G0 we G1 geçiriji ýagdaýlaryna proporsional bolan häzirki agramy sarp edýär. Bu tok DPI sinapslaryna sanjym edilýär we LIF neýronlaryny tolgundyrýar. RRAM G0 we G1 degişlilikde HCS we LCS-de oturdyldy. c 16K RRAM enjamlar topary üçin jemleýji geçirijilik dykyzlygynyň funksiýasy, geçirijilik derejesini netijeli dolandyrýan ICC tok gabat geliş funksiýasy. d (a) -da G1 (LCS-de) Vin1 (ýaşyl) girişini netijeli bloklaýandygyny görkezýär we hakykatdanam çykýan neýronyň membrananyň naprýa .eniýesi diňe Vin0-den gök girişe jogap berýär. RRAM zynjyrdaky baglanyşyklary netijeli kesgitleýär. e (b) içindäki zynjyryň ölçegi, G0 geçirijilik bahasynyň membrananyň naprýa .eniýesine Vmem naprýa .eniýe impulsyny ulanandan soň täsirini görkezmek. Geçiriji näçe köp bolsa, jogap şonça-da güýçli bolar: şeýlelik bilen, RRAM enjamy I / O birikme agramyny amala aşyrýar. Zynjyrda ölçegler geçirildi we RRAM-yň goşa funksiýasyny, giriş impulslarynyň marşrutlaşdyrylmagyny we agramyny görkezýär.
Birinjiden, iki esasy geçiriji ýagdaý (HCS we LCS) bolany üçin, RRAM-lar degişlilikde LCS ýa-da HCS ýagdaýynda bolanda giriş impulslaryny blokirläp ýa-da sypdyryp bilerler. Netijede, RRAM zynjyrdaky baglanyşyklary netijeli kesgitleýär. Bu arhitekturany üýtgedip bilmek üçin esasdyr. Muny görkezmek üçin, 3b-nji suratda zynjyr blokynyň toslanyp tapylan ýerine ýetirilişini suratlandyrarys. G0-a gabat gelýän RRAM HCS-de, ikinji RRAM G1 LCS-de programmirlendi. Giriş impulslary Vin0 we Vin1 ikisine-de ulanylýar. Giriş impulslarynyň iki yzygiderliliginiň täsiri, neýron membranasynyň naprýa .eniýesini we osiloskop arkaly çykyş signalyny ýygnamak arkaly çykyş neýronlarynda seljerildi. Synag, membrananyň dartylmagyny güýçlendirmek üçin neýronyň impulsyna diňe HCS enjamy (G0) birikdirilende üstünlikli boldy. Mawy impuls otly membrananyň kondensatorynda membrananyň naprýa .eniýesiniň ýokarlanmagyna sebäp bolýar, ýaşyl impuls otly bolsa membrananyň naprýa .eniýesini hemişelik saklaýar.
RRAM-yň ikinji möhüm wezipesi, baglanyşyk agramlaryny ýerine ýetirmekdir. RRAM-yň analog geçirijilik sazlamasyny ulanyp, I / O baglanyşyklary şoňa görä agramlanyp bilner. Ikinji synagda G0 enjamy HCS-iň dürli derejelerinde programmirlendi we giriş impulsy VIn0 girişine ulanyldy. Giriş impulsy, geçirijä we degişli potensial düşme Vtop - Vbot-a proporsional enjamdan tok (agram) çekýär. Soňra bu agramly tok DPI sinapslaryna we LIF çykyş neýronlaryna sanjym edilýär. Çykýan neýronlaryň membrananyň naprýa .eniýesi osiloskop arkaly ýazga alyndy we 3-nji suratda görkezildi. Neýron membranasynyň naprýa .eniýe nokady bir giriş impulsyna jogap hökmünde garşylykly ýadyň geçirijiligine proporsional bolup, RRAM-yň sinaptiki agramyň programmirläp bolýan elementi hökmünde ulanylyp bilinjekdigini görkezýär. Bu iki deslapky synag, teklip edilýän RRAM esasly neýromorf platformanyň esasy Jeffress mehanizminiň esasy elementlerini, ýagny gijikdirme çyzygyny we tötänlik detektory zynjyryny durmuşa geçirip biljekdigini görkezýär. Zynjyr platformasy, 3b suratdaky bloklar ýaly yzygiderli bloklary gapdaldan ýerleşdirmek we derwezelerini umumy giriş setirine birikdirmek arkaly gurulýar. Iki giriş alýan iki çykýan neýrondan ybarat neýromorf platformany tasladyk, ýasadyk we synagdan geçirdik (4a surat). Zynjyryň diagrammasy 4b suratda görkezilýär. Upperokarky 2 × 2 RRAM matrisa giriş impulslaryny iki çykyş neýronyna gönükdirmäge mümkinçilik berýär, aşaky 2 × 2 matrisa bolsa iki neýronyň (N0, N1) gaýtalanmagyna mümkinçilik berýär. Bu platforma gijikdirme çyzygynyň konfigurasiýasy we 4c-e suratda synag synaglarynyň görkezişi ýaly iki dürli tötänlik kesgitleýji funksiýasy bilen ulanylyp bilinjekdigini görkezýäris.
Iki giriş 0 we 1 alýan iki sany neýron N0 we N1 tarapyndan emele gelen zynjyr diagrammasy. Toplumyň ýokarky dört enjamy girişden çykyşa sinaptiki baglanyşyklary kesgitleýär, aşaky dört öýjük neýronlaryň arasynda gaýtalanýan baglanyşyklary kesgitleýär. Reňkli RRAM-lar sag tarapdaky HCS-de düzülen enjamlary aňladýar: HCS-daky enjamlar birikmäge mümkinçilik berýär we agramlary görkezýär, LCS-de ýerleşýän enjamlar giriş impulslaryny bloklaýar we çykyşlara birikmegi ýapýar. b Gök reňkde görkezilen sekiz RRAM moduly bolan zynjyryň diagrammasy. c Gijikdirme çyzyklary diňe DPI sinapslarynyň we LIF neýronlarynyň dinamikasyny ulanmak arkaly emele gelýär. Greenaşyl RRAM, giriş gijikdirilenden soň çykyşda çişirip bilmek üçin ýeterlik derejede ýokary geçirijilik üçin düzüldi. d Wagt garaşly signallary ugruna duýgur CD kesgitlemegiň shematiki şekili. 1, N1 çykyş neýrony, gysga gijikdirme bilen 0 we 1 girişlerine ot berýär. e ugrukdyrma duýgur CD zynjyry, 1-nji giriş 0-a ýakynlaşanda we 0-dan soň gelendigini kesgitleýän zynjyr. Zynjyryň çykyşy neýron 1 (N1) bilen görkezilýär.
Gijä goýmak çyzygy (4c-nji surat) diňe DPI sinapslarynyň we LIF neýronlarynyň dinamiki hereketini ulanýar, Tdel-i gijikdirip, Vin1-den Vout1-e giriş aralygy köpeltmek üçin. Diňe Vin1 we Vout1 bilen birikdirilen G3 RRAM HCS-de programmirlendi, galan RRAM-lar LCS-de programmirlendi. G3 enjamy, her giriş impulsynyň çykýan neýronyň membrana naprýa .eniýesini bosagada ýetmek we gijikdirilen çykyş impulsyny döretmek üçin ýeterlik derejede üpjün etmek üçin programmirlendi. Gijikdirme Tdel sinaptiki we nerw wagt yzygiderliligi bilen kesgitlenýär. Tötänleýin kesgitleýjiler wagtlaýyn korrelirlenen, ýöne giňişleýin paýlanan giriş signallarynyň ýüze çykýandygyny anyklaýarlar. Ectionol ugruna duýgur CD umumy çykyş neýronyna öwrülýän aýratyn girişlere daýanýar (4d surat). Vin0 we Vin1-ni Vout1, G2 we G4 bilen baglanyşdyrýan iki RRAM ýokary geçirijilik üçin programmirlendi. Vin0 we Vin1-de bir wagtyň özünde tüpeňleriň gelmegi, N1 neýron membranasynyň naprýa .eniýesini çykarmak üçin zerur bolan bosagadan ýokarlanýar. Iki giriş wagtynda biri-birinden gaty uzak bolsa, ilkinji giriş bilen toplanan membrananyň naprýa .eniýesindäki zarýadyň çüýremegine wagt bolup biler, bu bolsa membrananyň potensial N1-iň çäk bahasyna ýetmeginiň öňüni alar. G1 we G2 takmynan 65 µs üçin programmirlendi, bu bolsa bir giriş ulalmagynyň membrananyň naprýa .eniýesini çykaryşyň ýokarlanmagyna ýeterlik derejede ýokarlandyrmazlygyny üpjün edýär. Kosmosda we wagtda paýlanan hadysalaryň arasynda tötänligi ýüze çykarmak, optiki akym esasly päsgelçiliklerden gaça durmak we ses çeşmesiniň lokalizasiýasy ýaly köp sanly duýgur meselelerde ulanylýan esasy amaldyr. Şeýlelik bilen, ugra duýgur we duýgur CD-ler hasaplaýyş we ses lokalizasiýa ulgamlaryny gurmak üçin esasy gurluş blokudyr. Wagt yzygiderliliginiň aýratynlyklary bilen görkezilişi ýaly (Goşmaça 2-nji surata serediň), teklip edilýän zynjyr ululyk wagt terezisiniň dört sargydynyň laýyk diapazonyny ýerine ýetirýär. Şeýlelikde, şol bir wagtyň özünde wizual we ses ulgamlarynyň talaplaryny kanagatlandyryp biler. Ectionörite duýgur CD impulslaryň giňişlik tertibine duýgur zynjyrdyr: sagdan çepe we tersine. Hereket ugurlaryny hasaplamak we çaknyşyklary ýüze çykarmak üçin ulanylýan Drosophila wizual ulgamynyň esasy hereketi kesgitleýiş ulgamynda esasy gurluş bloky62. Bir ugra duýgur CD gazanmak üçin iki giriş iki dürli neýrona (N0, N1) gönükdirilmelidir we olaryň arasynda ugur baglanyşygy bolmaly (4e-nji surat). Ilkinji giriş kabul edilende, NOOK membranasyndaky naprýa .eniýäni bahadan ýokary edip, artdyrma iberýär. Bu çykyş hadysasy, öz gezeginde, ýaşyl reňkde görkezilen ugur baglanyşygy sebäpli N1-i otlaýar. Giriş hadysasy Vin1 gelip, membrananyň naprýa .eniýesi henizem ýokary bolsa N1 energiýa berýän bolsa, N1 iki girişiň arasynda gabat gelendigini görkezýän çykyş hadysasyny döredýär. Ectionol görkeziş baglanyşyklary, N1 giriş 0-dan soň gelse, çykyş çykarmaga mümkinçilik berýär. G0, G3 we G7 degişlilikde 73.5 µS, 67.3 µS we 40.2 µS programmalaşdyrylan bolsa, Vin0 girişinde ýekeje tüpeňiň gijikmegine sebäp bolýar. N1 ′ membrananyň potensialy diňe iki giriş partlamasy sinhron gelende çäklere ýetýär. .
Üýtgeýiş, modellenen neýromorf ulgamlarda kämillik çeşmesidir 63,64,65. Bu neýronlaryň we sinapslaryň birmeňzeş hereketine getirýär. Şeýle kemçiliklere mysal hökmünde giriş girdejisiniň 30% (ortaça gyşarmagy) üýtgemegi, wagtyň üýtgewsizligi we refrakter döwri degişlidir, ýöne birneme bellemeli (Usullara serediň). Iki neýrondan ybarat ugra gönükdirilen CD ýaly birnäçe nerw zynjyry birleşdirilende bu mesele has aýdyň ýüze çykýar. Dogry işlemek üçin iki neýronyň gazanmagy we çüýremegi wagt yzygiderliligi mümkin boldugyça meňzeş bolmaly. Mysal üçin, giriş girdejisiniň uly tapawudy bir neýronyň giriş impulsyna aşa täsir etmegine sebäp bolup biler, beýleki neýron zordan jogap berýär. Injirde. 5a suratda tötänleýin saýlanan neýronlaryň şol bir giriş impulsyna başgaça jogap berýändigi görkezilýär. Bu nerw üýtgeýşi, meselem, ugra duýgur CD-leriň işine degişlidir. Injirde görkezilen shemada. 5b, c, neýron 1-iň giriş girdejisi neýron 0-dan has ýokarydyr. Şeýlelik bilen, neýron 0 bosagada ýetmek üçin üç giriş impulsyny (1-e derek) talap edýär we garaşylýan ýaly 1-nji neýron iki giriş hadysasyna mätäç. Wagtlaýyn garaşly biomimetiki plastikligi (STDP) durmuşa geçirmek, nädogry we haýal nerw we sinaptiki zynjyrlaryň ulgamyň işleýşine täsirini azaltmagyň mümkin usulydyr43. Bu ýerde, garşylykly ýadyň plastik häsiýetini nerw girişiniň güýçlenmegine we neýromorf zynjyrlaryň üýtgemeginiň täsirini azaltmagyň serişdesi hökmünde ulanmagy teklip edýäris. Injirde görkezilişi ýaly. 4e, RRAM sinaptiki massasy bilen baglanyşykly geçirijilik derejeleri degişli nerw membranasynyň naprýa .eniýe täsirini netijeli modulirledi. Gaýtalanýan RRAM programmirleme strategiýasyny ulanýarys. Berlen giriş üçin, sinaptiki agramlaryň geçirijilik bahalary, zynjyryň maksatly hereketi alynýança gaýtadan düzülýär (Usullara serediň).
Şol bir giriş impulsyna tötänleýin saýlanan dokuz sany neýronyň jogabynyň synag synaglary. Jogap ilatyň arasynda üýtgeýär, giriş girdejisine we wagtyň üýtgemegine täsir edýär. b Neýronlaryň ugra duýgur CD-e täsir edýän neýronlaryň üýtgemegine edýän täsirini synag synaglary. Iki ugra duýgur CD çykaryjy neýron neýron-neýron üýtgemegi sebäpli giriş stimullaryna başgaça jogap berýär. “Neuron 0” neýron 1-den has pes girdeji gazanýar, şonuň üçin çykyş tüpeňini döretmek üçin üç giriş impulsy (1 ýerine) gerek. Garaşylyşy ýaly, neýron 1 iki giriş hadysasy bilen bosaga ýetýär. 1-nji giriş neýron 0 ýangyndan soň Δt = 50 µs gelse, CD dymýar, sebäbi neýron 1-iň üýtgewsizliginden has uly (takmynan 22 µs). c Δt = 20 µs azalýar, şonuň üçin neýron 1-iň atyşy henizem ýokary bolanda 1 giriş iň ýokary bolup, bir wagtyň özünde iki giriş hadysasynyň ýüze çykarylmagyna sebäp bolýar.
ITD hasaplaýyş sütüninde ulanylýan iki element gijikdirme çyzygy we ugra duýgur CD. Iki zynjyr hem obýektiň ýerleşişiniň gowy ýerine ýetirilmegini üpjün etmek üçin takyk kalibrlemäni talap edýär. Gijikdirme çyzygy giriş pikiniň takyk gijikdirilen görnüşini bermeli (6a surat) we CD diňe giriş maksat kesgitlenen çäkde bolanda işjeňleşdirilmelidir. Gijä goýmak çyzygy üçin, giriş birikmeleriniň sinaptiki agramlary (4a suratdaky G3), maksat gijikdirilýänçä gaýtadan düzüldi. Programmany duruzmak üçin maksatly gijikdirmäniň töwereginde çydamlylygy düzüň: çydamlylyk näçe kiçi bolsa, gijikdirme setirini üstünlikli kesgitlemek şonça kyn. Injirde. 6b suratda gijikdirme çyzygynyň kalibrleme prosesiniň netijeleri görkezilýär: teklip edilýän shemanyň dizaýn shemasynda talap edilýän ähli gijikdirmeleri takyk üpjün edip biljekdigini görmek bolýar (10-300 μs). Kalibrlemäniň iň köp mukdary kalibrleme prosesiniň hiline täsir edýär: 200 gezek gaýtalamak ýalňyşlygy 5% -den peseldip biler. Bir kalibrleme gaýtalamasy RRAM öýjüginiň kesgitlenen / täzeden işlemegine gabat gelýär. Sazlamak prosesi, CD modulynyň dessine ýakyn hadysany kesgitlemeginiň takyklygyny ýokarlandyrmak üçin hem möhümdir. Hakyky polo positiveitel tizlige (ýagny, hadysalaryň tizligi degişli diýlip kesgitlenýär) 95% -den ýokary bolmak üçin on kalibrleme gaýtalamasy gerekdi (6c-nji suratdaky gök çyzyk). Şeýle-de bolsa, sazlamak prosesi ýalan polo positiveitel hadysalara täsir etmedi (ýagny, degişli hökmünde ýalňyş kesgitlenen wakalaryň ýygylygy). Çalt işjeňleşýän ýollaryň wagt çäklendirmelerini ýeňip geçmek üçin biologiki ulgamlarda görlen başga bir usul artykmaçlykdyr (belli bir funksiýany ýerine ýetirmek üçin şol bir obýektiň köp nusgasy ulanylýar). Biologiýa66-dan ylham alyp, ýalan pozitiwleriň täsirini azaltmak üçin iki gijikdiriji çyzygyň arasynda her CD modulyna birnäçe CD zynjyryny goýduk. Injirde görkezilişi ýaly. 6c (ýaşyl çyzyk), her CD modulyna üç sany CD elementini ýerleşdirmek, ýalan duýduryş tizligini 10–2-den peseldip biler.
neýron üýtgeýşiniň gijikdirme çyzgylaryna täsiri. b Gijikdirilen çyzyk zynjyrlary, degişli LIF neýronlarynyň we DPI sinapslarynyň wagt yzygiderliligini uly bahalara bellemek bilen uly gijikdirmelere çenli ulaldylyp bilner. RRAM kalibrleme prosedurasynyň gaýtalanmalarynyň sanyny köpeltmek, maksat gijikdirilişiniň takyklygyny ep-esli ýokarlandyrmaga mümkinçilik berdi: 200 gezek gaýtalamak ýalňyşlygy 5% -e çenli azaltdy. Bir gaýtalama RRAM öýjügindäki SET / RESET amalyna gabat gelýär. C Jeffress modelindäki her CD moduly, ulgamdaky näsazlyklar babatynda has çeýeligi üçin N parallel CD elementlerini ulanyp amala aşyrylyp bilner. d Has köp RRAM kalibrleme iterasiýasy hakyky polo positiveitel tizligi (gök çyzyk) ýokarlandyrýar, ýalňyş polo positiveitel gaýtalama sanyna bagly däl (ýaşyl çyzyk). Has köp CD elementini paralel ýerleşdirmek, CD modul gabat gelýänlerini ýalňyş tapmagyň öňüni alýar.
Indi 2-nji suratda görkezilen pMUT datçiginiň, CD-iň akustiki aýratynlyklaryny ölçemek we neýromorf hasaplaýyş grafigini emele getirýän gijikdiriji çyzyk zynjyrlaryny ulanyp, ahyrky integral obýekt lokalizasiýa ulgamynyň öndürijiligine we kuwwatyna sarp edýäris. Jeffress modeli (1a surat). Neýromorf hasaplaýyş grafigi barada aýdylanda bolsa, CD modullarynyň sany näçe köp bolsa, burç çözgüdi şonça gowy, şeýle hem ulgamyň energiýasy şonça-da ýokarydyr (7a surat). Aýry-aýry komponentleriň (pMUT datçikleri, neýronlar we sinaptiki zynjyrlar) takyklygyny tutuş ulgamyň takyklygy bilen deňeşdirip, ylalaşyk gazanyp bolar. Gijä goýmak çyzygynyň çözgüdi, meýilnamamyzda 4 ° burç ölçegine laýyk gelýän 10 µs-den geçýän simulirlenen sinapslaryň we neýronlaryň wagt yzygiderliligi bilen çäklendirilýär (Usullara serediň). CMOS tehnologiýasy bilen has ösen düwünler, az wagt yzygiderliligi bilen nerw we sinaptiki zynjyrlary dizaýn etmäge mümkinçilik berer, netijede gijikdirme elementleriniň has takyklygy ýüze çykar. Şeýle-de bolsa, ulgamymyzda takyklyk burç ýagdaýyna baha bermekde pMUT ýalňyşlygy bilen çäklendirilýär, ýagny 10 ° (7a-njy suratda gök gorizontal çyzyk). CD modullarynyň sanyny 40-a belledik, bu takmynan 4 ° burç ölçegine, ýagny hasaplama grafiginiň burç takyklygyna laýyk gelýär (7a-njy suratda açyk gök keseligine çyzyk). Ulgam derejesinde bu 4 ° durulyk we datçik ulgamynyň öňünde 50 sm uzaklykda ýerleşýän obýektler üçin 10 ° takyklygy berýär. Bu baha ref-de habar berlen neýromorf ses lokalizasiýa ulgamlary bilen deňeşdirilýär. 67. Teklip edilýän ulgamyň sungatyň ýagdaýy bilen deňeşdirmesini Goşmaça 1-nji tablisada tapyp bilersiňiz. Goşmaça pMUT goşmak, akustiki signal derejesini ýokarlandyrmak we elektron sesini peseltmek lokalizasiýa takyklygyny hasam ýokarlandyrmagyň mümkin usullarydyr. ) 9,7 hasaplanýar. nz. 55. Hasaplama grafiginde 40 CD birligi berilende, SPICE simulýasiýasy her bir işiň energiýasyny (ýagny obýektiň ýerleşiş energiýasy) 21,6 nJ diýip çaklady. Neýromorf ulgam diňe giriş hadysasy gelende, ýagny akustiki tolkun islendik pMUT kabul edijisine ýetip, kesgitleme çäginden geçende işjeňleşdirilýär, ýogsam hereketsiz galýar. Giriş signaly ýok wagty bu zerur däl energiýa sarp edilmeginden gaça durýar. 100 Hz lokalizasiýa amallarynyň ýygylygyny we her amalda 300 µs işjeňleşdirme möhletini (mümkin bolan ITD) göz öňünde tutsak, neýromorf hasaplaýyş grafiginiň güýji 61,7 nW. Her pMUT kabul edijisine ulanylýan neýromorf deslapky gaýtadan işlemek bilen, tutuş ulgamyň güýji 81,6 nW-a ýetýär. Teklip edilýän neýromorf çemeleşmäniň adaty enjamlar bilen deňeşdirilende energiýa netijeliligine düşünmek üçin bu sany neýromorf ýa-da adaty şöhlelendiriji 68 ussatlygy ulanyp, häzirki pes güýçli mikrokontrolda şol bir işi ýerine ýetirmek üçin zerur bolan energiýa bilen deňeşdirdik. Newromorfiki çemeleşme, analogdan sanly öwrüjini (ADC) tapgyry hasaplaýar, ondan soň zolakly süzgüç we konwert çykarmak tapgyry (Teeger-Kaiser usuly). Ahyrynda, ToF-ni çykarmak üçin bosagadaky amal ýerine ýetirilýär. ToF esasynda ITD-ni hasaplamagy we takmynan burç ýagdaýyna öwrülmegi goýduk, sebäbi bu her ölçeg üçin bir gezek bolýar (Usullara serediň). Iki kanalda (pMUT kabul edijileri) 250 kHz nusga alma tizligini, 18 zolakly süzgüç amallaryny, 3 konweri çykarmak amallaryny we her nusga üçin 1 sany bosagada işlemegi göz öňünde tutsak, umumy sarp ediş güýji 245 mikrowat hasaplanýar. Bu, algoritmler ýerine ýetirilmedik ýagdaýynda açylýan mikrokontrolyň pes kuwwatly re6imini ulanýar 69, bu bolsa sarp ediş güýjüni 10,8 µW çenli azaldar. Salgyda teklip edilýän şöhlelendiriji signal işleýiş çözgüdiniň güýji. Azimut tekizliginde [-50 °, + 50 °] birmeňzeş paýlanan 5 pMUT kabul ediji we 11 şöhle bilen 11,71 mWt (jikme-jiklikler üçin Usullar bölümine serediň). Mundan başga-da, obýektiň lokalizasiýasy üçin Jeffress modeliniň çalşygy hökmünde 1,5 mWt bahalandyrylan FPGA47 esasly Wagt tapawudy kodlaýjysynyň (TDE) energiýa sarp edilişini habar berýäris. Bu bahalandyrmalara esaslanyp, teklip edilýän neýromorf çemeleşme, obýekti lokalizasiýa amallary üçin nusgawy şöhlelendiriş usullaryny ulanyp, mikrokontrol bilen deňeşdirilende, sarp ediş güýjüni bäş ululykda azaldar. Klassiki mikrokontrolarda signallary gaýtadan işlemäge neýromorfiki çemeleşmäni kabul etmek, takmynan iki ululykda sarp edilişini azaldýar. Teklip edilýän ulgamyň netijeliligini, ýatda hasaplamalary ýerine ýetirip bilýän asynkron garşylykly-ýat analog zynjyrynyň we signallary duýmak üçin zerur bolan analogdan sanly öwrülişigiň ýoklugy bilen düşündirip bolar.
CD modullarynyň sanyna baglylykda lokalizasiýa işiniň burç çözgüdi (gök) we güýç sarp etmegi (ýaşyl). Gök gök gorizontal çyzyk PMUT-yň burç takyklygyny, açyk gök gorizontal çyzyk bolsa neýromorf hasaplama grafiginiň burç takyklygyny görkezýär. b Teklip edilýän ulgamyň energiýa sarp edilişi we ara alnyp maslahatlaşylan iki mikrokontrol bilen deňeşdirme we Wagt tapawudy kodlaýjysynyň (TDE) 47 FPGA sanly ýerine ýetirilişi.
Maksatlaýyn lokalizasiýa ulgamynyň energiýa sarp edilişini azaltmak üçin, maksatly obýektiň ýagdaýyny hakyky hasaplamak üçin gurlan datçikler tarapyndan döredilen signal maglumatlaryny gaýtadan işleýän täsirli, hadysalara esaslanýan RRAM esasly neýromorf zynjyry göz öňünde tutduk, tasladyk we durmuşa geçirdik. wagt. . Adaty gaýtadan işlemegiň usullary ýüze çykarylan signallary yzygiderli nusga alýar we peýdaly maglumatlary çykarmak üçin hasaplamalary ýerine ýetirýärkä, teklip edilýän neýromorf çözgüt peýdaly maglumatlar gelende hasaplamalary asynkron ýerine ýetirýär we ulgamyň kuwwatynyň netijeliligini bäş ululykda ýokarlandyrýar. Mundan başga-da, RRAM esasly neýromorf zynjyrlaryň çeýeligini görkezýäris. RRAM-yň üýtgemeýän görnüşde (plastisit) geçirijiligini üýtgetmek ukyby, aşa pes güýçli analog DPI-iň sinaptiki we nerw zynjyrlarynyň üýtgeýän üýtgemeginiň öwezini dolýar. Bu, RRAM esasly zynjyry köp taraply we güýçli edýär. Biziň maksadymyz signallardan çylşyrymly funksiýalary ýa-da nagyşlary çykarmak däl-de, obýektleri hakyky wagtda lokallaşdyrmak. Şeýle hem ulgamymyz signaly netijeli gysyp biler we zerur bolanda has çylşyrymly kararlar kabul etmek üçin has soňraky gaýtadan işlemek ädimlerine iberip biler. Lokalizasiýa programmalarynyň çäginde, neýromorfiki gaýtadan işlemek ädimimiz obýektleriň ýerleşişi barada maglumat berip biler. Bu maglumatlar, meselem, hereketi kesgitlemek ýa-da jest tanamak üçin ulanylyp bilner. PMUT ýaly ultra pes güýçli datçikleri ultra pes güýçli elektronika bilen birleşdirmegiň möhümdigini nygtaýarys. Munuň üçin neýromorf çemeleşmeler möhümdi, sebäbi olar Jeffress modeli ýaly biologiki taýdan ylhamlanan hasaplama usullarynyň täze zynjyr durmuşa geçirilmegini ösdürmäge sebäp boldy. Sensor birleşdirme programmalarynyň kontekstinde has takyk maglumat almak üçin ulgamymyz dürli hadysalara esaslanýan datçikler bilen birleşdirilip bilner. Baýguşlar garaňkyda ýyrtyjy tapmakda ajaýyp bolsa-da, gözleri gaty gowy we ýyrtyjyny tutmazdan ozal eşidiş we wizual gözleg geçirýärler. Belli bir eşidiş neýrony ýananda, baýguş wizual gözlegiň haýsy tarapa başlajakdygyny kesgitlemek üçin zerur maglumatlary alýar we şeýlelik bilen ünsüni wizual sahnanyň az bölegine gönükdirýär. Geljekki awtonom agentleriň ösüşi üçin wizual datçikleriň (DVS kamerasy) we teklip edilýän diňleýiş datçiginiň (pMUT esasly) kombinasiýasy öwrenilmelidir.
PMUT datçigi takmynan 10 sm aralykda iki kabul ediji bolan PCB-de we geçiriji kabul edijileriň arasynda ýerleşýär. Bu işde, her membrana 200 nm galyňlykda molibden (Mo) üç gatyň arasynda sandwiçlenen we 200 nm galyňlykdaky gatlak bilen örtülen 800 nm galyňlykdaky piezoelektrik alýumin nitridinden (AlN) iki gatdan ybarat asma bimorf gurluşdyr. salgylanmada görkezilişi ýaly iň ýokary passiw SiN gatlagy. 71. Içki we daşarky elektrodlar molibdeniň aşaky we ýokarky gatlaklaryna ulanylýar, orta molibden elektrody bolsa gözegçiliksiz we ýer hökmünde ulanylýar, netijede dört jübüt elektrodly membrana emele gelýär.
Bu arhitektura umumy membrananyň deformasiýasyny ulanmaga mümkinçilik berýär, netijede geçiş gowulaşýar we duýgurlyk alynýar. Şeýle pMUT, adatça 270 Pa / V ýerüsti basyşy üpjün edip, emitter hökmünde 700 nm / V tolgundyryjy duýgurlygy görkezýär. Kabul ediji hökmünde bir pMUT filmi, AlN-iň piezoelektrik koeffisiýenti bilen gönüden-göni baglanyşykly 15 nA / Pa gysga zynjyr duýgurlygyny görkezýär. AlN gatlagynda naprýa .eniýeniň tehniki üýtgemegi rezonans ýygylygynyň üýtgemegine getirýär, pMUT-a DC tarapyny ulanmak arkaly öwezini dolup bolýar. DC duýgurlygy 0,5 kHz / V bilen ölçenildi. Akustiki häsiýetnama üçin pMUT-yň öňünde mikrofon ulanylýar.
Eho impulsyny ölçemek üçin, çykýan ses tolkunlaryny görkezmek üçin pMUT-yň öňünde takmynan 50 sm2 meýdany bolan gönüburçly plastinka goýduk. Plitalaryň we pMUT tekizligine bolan burçuň arasyndaky aralyk, ýörite saklaýjylaryň kömegi bilen dolandyrylýar. Tectronix CPX400DP naprýa .eniýe çeşmesi rezonans ýygylygyny 111,9 kHz31 sazlap, üç pMUT membranany birleşdirýär, geçirijiler bolsa rezonans ýygylygyna (111,9 kHz) sazlanan Tectronix AFG 3102 impuls generatory tarapyndan dolandyrylýar. Her pMUT kabul edijiniň dört çykyş portundan okalýan toklar ýörite diferensial tok we naprýa .eniýe arhitekturasy bilen naprýa .eniýelere öwrülýär we netijede alnan signallar Spektrum maglumatlary almak ulgamy tarapyndan sanlaşdyrylýar. Detüze çykarmagyň çägi dürli şertlerde pMUT signalyny almak bilen häsiýetlendirildi: reflektory dürli aralyklara geçirdik [30, 40, 50, 60, 80, 100] sm we pMUT goldaw burçuny üýtgetdik ([0, 20, 40] o ) 2b suratda derejeleriň degişli burç ýagdaýyna baglylykda wagtlaýyn ITD kesgitleme çözgüdi görkezilýär.
Bu makalada iki dürli RRAM zynjyry ulanylýar. Birinjisi, bir tranzistor we bir rezistor bilen 1T1R konfigurasiýasynda 16,384 (16,000) enjam (128 × 128 enjam) toplumy. Ikinji çip, 4a suratda görkezilen neýromorf platforma. RRAM öýjügi, TiN / HfO2 / Ti / TiN bukjasyna ýerleşdirilen 5 nm galyňlykdaky HfO2 filminden durýar. RRAM stakasy, adaty 130nm CMOS prosesiniň yzky setirine (BEOL) birleşdirildi. RRAM esasly neýromorf zynjyrlar, RRAM enjamlarynyň adaty CMOS tehnologiýasy bilen bilelikde ýaşaýan ähli analog elektron ulgamlary üçin dizaýn kynçylygy döredýär. Hususan-da, RRAM enjamynyň geçirijilik ýagdaýy okalmaly we ulgam üçin funksiýa üýtgeýjisi hökmünde ulanylmaly. Bu maksat bilen, giriş impulsy kabul edilende enjamdan toky okaýan we diferensial jübüt integratoryň (DPI) sinapsyň sesini ölçemek üçin tokdan peýdalanýan zynjyr dizaýn edildi, ýasaldy we synag edildi. Bu zynjyr, 4a suratda neýromorf platformanyň esasy gurluş bloklaryny görkezýän 3a suratda görkezilýär. Giriş impulsy 1T1R enjamynyň derwezesini işjeňleşdirýär, RRAM arkaly enjamyň geçirijiligine G (Iweight = G (Vtop - Vx)) proporsional tok döredýär. Işleýiş güýçlendirijisiniň (op-amp) zynjyrynyň ters girişinde hemişelik DC ikitaraplaýyn naprýa .eniýe Vtop bar. Op-amp-iň negatiw seslenmesi M1-den deň tok üpjün edip Vx = Vtop üpjün eder. Enjamdan alnan häzirki agram DPI sinapsyna sanjym edilýär. Güýçli tok has depolarizasiýa getirer, şonuň üçin RRAM geçirijisi sinaptiki agramlary netijeli ýerine ýetirýär. Bu ekspensial sinaptiki tok, naprýatageeniýe hökmünde birleşdirilen Leaky Integration and Excitation (LIF) neýronlarynyň membranaly kondensatoryna sanjym edilýär. Membrananyň bosagadaky naprýa .eniýesi (inwertoryň kommutasiýa naprýa .eniýesi) ýeňilse, neýronyň çykyş bölegi işjeňleşip, çykyş tüpeňini döredýär. Bu impuls gaýdyp, neýronyň membrana kondensatoryny ýere gaçyrýar we onuň çykmagyna sebäp bolýar. Soňra bu zynjyr, LIF neýronynyň çykyş impulsyny maksat impulsynyň giňligine şekillendirýän impuls giňeldiji (3a suratda görkezilmeýär) bilen doldurylýar. Multiplexerler her setirde gurlup, naprýatageeniýäni RRAM enjamynyň ýokarky we aşaky elektrodlaryna ulanmaga mümkinçilik berýär.
Elektrik synagy analog zynjyrlaryň dinamiki özüni alyp barşyny seljermegi we ýazmagy, şeýle hem RRAM enjamlaryny programmirlemegi we okamagy öz içine alýar. Iki ädim hem bir wagtyň özünde datçik tagtasyna birikdirilen ýörite gurallary talap edýär. Neýromorf zynjyrlarda RRAM enjamlaryna giriş daşarky gurallardan multiplexer (MUX) arkaly amala aşyrylýar. MUX, 1T1R öýjügini degişli zynjyryň galan böleginden aýyrýar, enjamy okamaga we / ýa-da programmirlemäge mümkinçilik berýär. RRAM enjamlaryny programmirlemek we okamak üçin Keithley 4200 SCS enjamy Arduino mikrokontroly bilen bilelikde ulanylýar: birinjisi impulsyň takyk öndürilmegi we häzirki okalmagy üçin, ikinjisi ýat massiwinde aýratyn 1T1R elementlerine çalt girmek üçin. Ilkinji amal RRAM enjamyny döretmekdir. Öýjükler birin-birin saýlanýar we ýokarky we aşaky elektrodlaryň arasynda polo positiveitel naprýa .eniýe ulanylýar. Bu ýagdaýda tok, saýlaýjy tranzistora degişli derwezäniň naprýa .eniýesi bilen üpjün edilmegi sebäpli onlarça mikroamperiň tertibi bilen çäklenýär. Soňra RRAM öýjügi, degişlilikde RESET we SET amallaryny ulanyp, pes geçiriji ýagdaý (LCS) bilen ýokary geçiriji ýagdaý (HCS) arasynda aýlanyp biler. SET amaly 1 μs dowamlylygy we ýokary elektroda iň ýokary naprýa 2.0eniýesi 2,2-2.5 V bolan gönüburçly naprýa impleniýe impulsyny we iň ýokary naprýa 0.eniýesi 0.9-1.3 V çenli meňzeş görnüşdäki sinhron impulsyny ulanmak arkaly amala aşyrylýar. saýlaýjy tranzistoryň derwezesi. Bu bahalar RRAM geçirijiligini 20-150 µ aralykda modulirlemäge mümkinçilik berýär. Derwezäniň naprýa 2.5eniýesi 2,5-3.0 V. aralygynda bolanda, öýjügiň aşaky elektrodyna (bit çyzygy) 1 µ ini bolan 3 V pik impuls ulanylýar, analog zynjyrlaryň girişleri we çykyşlary dinamiki signallardyr . Giriş üçin iki sany HP 8110 impuls generatoryny Tektronix AFG3011 signal generatorlary bilen birleşdirdik. Giriş impulsynyň ini 1 µs we ýokarlanmak / düşmek gyrasy 50 ns. Impulsyň bu görnüşi, analog glit esasly zynjyrlarda adaty bir çişirme hasaplanýar. Çykyş signaly barada aýdylanda bolsa, çykyş signaly Teledyne LeCroy 1 GHz osiloskopy arkaly ýazga alyndy. Osiloskopyň satyn alyş tizligi, zynjyr maglumatlaryny seljermekde we almakda çäklendiriji faktor däldigi subut edildi.
Neýronlaryň we sinapslaryň özüni alyp barşyny simulirlemek üçin analog elektronikanyň dinamikasyny ulanmak hasaplama netijeliligini ýokarlandyrmak üçin ajaýyp we täsirli çözgütdir. Bu hasaplamanyň aşagyndaky kemçilik, shemadan shema üýtgäp biler. Neýronlaryň we sinaptiki zynjyrlaryň üýtgeýşini kesgitledik (Goşmaça 2a surat, b). Üýtgeýjiligiň ähli ýüze çykmalaryndan wagt yzygiderliligi we giriş girdejisi ulgam derejesinde iň uly täsir edýär. LIF neýronynyň we DPI sinapsyň wagt üýtgewsizligi RC zynjyry bilen kesgitlenýär, bu ýerde R bahasy tranzistoryň derwezesine ulanylýan naprýatageeniýe naprýa .eniýesi bilen dolandyrylýar (neýron üçin Vlk we sinaps üçin Vtau) syzmak derejesi. Giriş girdejisi, giriş impulsy bilen gyjyndyrylýan sinaptiki we neýron membrananyň kondensatorlarynyň iň ýokary naprýa .eniýesi hökmünde kesgitlenýär. Giriş girdejisi, giriş tokyny modullaýan başga bir ikitaraplaýyn tranzistor tarapyndan dolandyrylýar. ST Mikroelektronikanyň 130nm prosesinde kalibrlenen Monte Karlo simulýasiýasy käbir girdeji gazanmak we wagt yzygiderli statistika ýygnamak üçin geçirildi. Netijeler goşmaça 2-nji suratda görkezilýär, bu ýerde giriş girdejisi we wagt üýtgewsizligi syzmagyň tizligini dolandyrýan ikitaraplaýyn naprýa .eniýe funksiýasy hökmünde kesgitlenýär. Greenaşyl markerler wagtyň ortaça üýtgemegini ortaça kesgitleýär. Neýronlaryň we sinaptiki zynjyrlaryň ikisi hem goşmaça şekil shemasynda görkezilişi ýaly 10-5-10-2 s aralygynda köp wagt yzygiderliligini aňladyp bildi. Neýron we sinaps üýtgeýşiniň giriş güýçlendirilmegi (goşmaça 2e, d) degişlilikde takmynan 8% we 3% boldy. Şeýle ýetmezçilik edebiýatda gowy görkezilen: LIF63 neýronlarynyň ilatynyň arasyndaky laýyk gelmezligi bahalandyrmak üçin DYNAP çipleriniň massiwinde dürli ölçegler geçirildi. “BrainScale” garyşyk signal çipindäki sinapslar ölçeldi we gapma-garşylyklar derňeldi we ulgam derejesindäki üýtgemegiň täsirini azaltmak üçin kalibrleme prosedurasy teklip edildi64.
Neýromorf zynjyrlarda RRAM-nyň işi iki esse: arhitektura kesgitlemesi (girişlere giriş marşruty) we sinaptiki agramlary ýerine ýetirmek. Soňky emläk, modellenen neýromorf zynjyrlaryň üýtgemegi meselesini çözmek üçin ulanylyp bilner. Derňelýän zynjyr belli bir talaplara laýyk gelýänçä, RRAM enjamyny gaýtadan programmirlemegi öz içine alýan ýönekeý bir kalibrleme prosedurasyny taýýarladyk. Berlen giriş üçin çykyş gözegçilik edilýär we maksatly hereket edilýänçä RRAM gaýtadan düzülýär. Wagtlaýyn geçirijiniň üýtgemegine getirýän RRAM dynç alyş meselesini çözmek üçin programmirleme amallarynyň arasynda 5 s garaşmak wagty girizildi (Goşmaça maglumatlar). Sinaptiki agramlar modellenýän neýromorf zynjyryň talaplaryna laýyklykda sazlanýar ýa-da kalibrlenýär. Kalibrleme prosedurasy neýromorf platformalaryň iki esasy aýratynlygyna, gijikdirme çyzyklaryna we ugruna duýgur CD-e gönükdirilen goşmaça algoritmlerde jemlenendir [1, 2]. Gijikdirme çyzygy bolan zynjyr üçin, maksat häsiýeti gijikdirme bilen çykyş impulsyny üpjün etmekdir. Hakyky zynjyryň gijikdirilmegi maksat bahasyndan az bolsa, G3-iň sinaptiki agramy peselmelidir (G3 täzeden düzülmeli we soňraky gabat gelýän tok Icc-e düzülmeli). Munuň tersine, hakyky gijikdirme maksat bahasyndan uly bolsa, G3-iň geçirijiligini ýokarlandyrmaly (G3 ilki bilen täzeden düzülmeli we soňra has ýokary Icc bahasyna düzülmeli). Bu amal, zynjyryň netijesinde emele gelen gijikdirme maksat bahasyna gabat gelýänçä we kalibrleme işini togtatmak üçin çydamlylyk kesgitlenýänçä gaýtalanýar. Ugrukdyryjy duýgur CDler üçin kalibrleme işine iki sany RRAM enjamy, G1 we G3 gatnaşýar. Bu zynjyryň dt tarapyndan gijikdirilen Vin0 we Vin1 atly iki girişi bar. Zynjyr diňe gabat gelýän aralykdan gijikdirmelere jogap bermelidir [0, dtCD]. Çykyş derejesi ýok bolsa, giriş nokady iň ýakyn bolsa, neýronyň bosagasyna ýetmegine kömek etmek üçin RRAM enjamlarynyň ikisini hem güýçlendirmeli. Munuň tersine, zynjyr dtCD-iň maksat çäginden ýokary bolan gijikdirmä jogap berse, geçirijilik peselmelidir. Dogry gylyk-häsiýet alynýança prosesi gaýtalaň. Ygtyýarlylyk toguny içerki analog zynjyr bilen modulirläp bolýar. 72.73. Gurlan bu zynjyr bilen ulgamy kalibrlemek ýa-da başga bir programma üçin gaýtadan ulanmak üçin wagtal-wagtal ýerine ýetirilip bilner.
Neýromorf signallary gaýtadan işlemegiň çemeleşmesini adaty 32 bitli mikrokontrol68-de sarp edýäris. Bu baha berişde, bir pMUT geçiriji we iki pMUT kabul ediji bilen bu kagyzdaky ýaly gurnama bilen işleýäris. Bu usul zolakly süzgüç ulanýar, ondan soň konwert çykarmak ädimi (Teeger-Kaiser) ulanylýar we uçuş wagtyny çykarmak üçin signalda bosagadaky amal ulanylýar. ITD-ni hasaplamak we kesgitleme burçlaryna öwrülmegi baha berişde ýok. 18 ýüzýän nokat amalyny talap edýän 4-nji tertipli çäksiz impuls jogap süzgüçini ulanyp, zolakly süzgüç ýerine ýetirişini göz öňünde tutýarys. Konwert çykarmak ýene üç ýüzýän nokat amalyny ulanýar we iň soňky amal bosagany kesgitlemek üçin ulanylýar. Signaly gaýtadan işlemek üçin jemi 22 ýüzýän nokat amallary zerurdyr. Geçirilen signal, her 10 ms-de öndürilýän 111,9 kHz sinus tolkun formasynyň gysga partlamasy bolup, 100 Hz ýerleşiş ýygylygyna sebäp bolýar. Nyquist-i ýerine ýetirmek üçin 250 kHz nusga alma tizligini we 1 metr aralygy almak üçin her ölçeg üçin 6 ms penjire ulandyk. 6 millisekunt, 1 metr uzaklykdaky obýektiň uçuş wagtydygyny unutmaň. Bu 0,5 MSPS-de A / D öwrülişi üçin 180 µW güýç sarp edýär. Signalyň öňünden işlenmegi 6.75 MIPS (sekuntda görkezmeler) bolup, 0,75 mWt öndürýär. Şeýle-de bolsa, algoritm işlemeýän wagtynda mikrokontrol pes güýç re modeimine geçip biler. Bu re 10im 10,8 μW statiki güýç sarp edişini we oýanma wagtyny 113 μs üpjün edýär. 84 MGs sagat ýygylygyny göz öňünde tutup, mikrokontrol neýromorf algoritminiň ähli amallaryny 10 ms içinde tamamlaýar we algoritm pes güýji re usingimini ulanyp, 6,3% wezipe siklini hasaplaýar. Alnan güýç 244,7 μW. ITD çykyşyny ToF-den we kesgitleme burçuna öwürmegimizi ýatdan çykarmaň, şeýlelik bilen mikrokontrolyň energiýa sarp edişine kembaha garaýarys. Bu teklip edilýän ulgamyň energiýa netijeliligi üçin goşmaça baha berýär. Goşmaça deňeşdirme şerti hökmünde, salgylanmada teklip edilen nusgawy şöhlelendiriş usullarynyň energiýa sarp edilişine baha berýäris. Şol bir mikrokontrol68-de 1.8V üpjün ediş naprýa .eniýesinde 31.54. Beňmek üçin maglumatlary almak üçin bäş sany deň aralykdaky pMUT membranasy ulanylýar. Gaýtadan işlemegiň özi barada aýdylanda bolsa, ulanylýan şöhlelendiriji usul jemlenmegi gijikdirýär. Diňe bir zolak bilen salgylanma zolagynyň arasyndaky geliş wagtynyň garaşylýan tapawudyna gabat gelýän zolaklara gijikdirmekden ybaratdyr. Signallar tapgyrlaýyn bolsa, bu signallaryň jemi wagt çalşygyndan soň ýokary energiýa eýe bolar. Eger fazadan çykan bolsa, weýran ediji päsgelçilik olaryň jeminiň energiýasyny çäklendirer. gatnaşykda. Injirde. 31, 2 MGs nusga alma tizligi, maglumatlaryň sanyny sanlara görä üýtgetmek üçin saýlanýar. Has sada çemeleşme, 250 kHz tizlikli nusga tizligini saklamak we fraksiýa gijikdirmelerini sintez etmek üçin “Finite Impulse Response” (FIR) süzgüçini ulanmakdyr. Şöhle algoritminiň çylşyrymlylygynyň esasan wagt çalşygy bilen kesgitlenýändigini çaklaýarys, sebäbi her kanal her tarapa 16 kran bilen FIR süzgüji bilen birleşdirilýär. Bu amal üçin zerur bolan MIPS sanyny hasaplamak üçin, 1 metr, 5 kanal, 11 şöhlelendiriji ugur (10 ° ädimde +/- 50 ° aralygy) almak üçin her ölçeg üçin 6ms penjire göz öňünde tutýarys. Sekuntda 75 ölçeg mikrokontrolary iň ýokary 100 MIPS-e iterdi. Baglanyşyk. 68, netijede bortdaky ADC goşant goşandan soň 11,71 mWt güýjüň umumy ýaýramagy üçin 11,26 mWt güýjüň bölünmegine sebäp boldy.
Bu gözlegiň netijelerini goldaýan maglumatlar, degişli ýazyjy FM-den göwnejaý isleg boýunça elýeterlidir.
Indiveri, G. & Sandamirskaýa, Y. Neýromorf serişdelerde signallary gaýtadan işlemek üçin giňişligiň we wagtyň ähmiýeti: Daşky gurşaw bilen täsirleşýän pes güýçli, özbaşdak serişdeleri ösdürmegiň kynçylygy. Indiveri, G. & Sandamirskaýa, Y. Neýromorf serişdelerde signallary gaýtadan işlemek üçin giňişligiň we wagtyň ähmiýeti: Daşky gurşaw bilen täsirleşýän pes güýçli, özbaşdak serişdeleri ösdürmegiň kynçylygy.Indiveri G. we Sandamirskaýa Y. Neýromorf serişdelerde signallary gaýtadan işlemek üçin giňişligiň we wagtyň ähmiýeti: daşky gurşaw bilen täsirleşýän pes güýçli awtonom serişdeleri ösdürmegiň kynçylygy. Indiveri, G. & Sandamirskaýa, Y. 空间和时间对于神经形态代理中信号处理的重要性：开发与环境交互的低功耗、自主代理的挑战。 Indiveri, G. & Sandamirskaýa, Y.Indiveri G. we Sandamirskaýa Y. Neýromorf serişdelerde signallary gaýtadan işlemek üçin giňişligiň we wagtyň ähmiýeti: daşky gurşaw bilen täsirleşýän pes güýçli awtonom serişdeleri ösdürmegiň kynçylygy.IEEE signallary gaýtadan işlemek. 36urnal 36, 16–28 (2019).
Torpe, SJ Peak geliş wagty: Netijeli nerw toruny kodlamak shemasy. Ekmiller, R., Hartmann, G. & Hauske, G. (red.) Ekmiller, R., Hartmann, G. & Hauske, G. (red.)Ekmiller, R., Hartmann, G. we Hauske, G. (red.).Ekmiller, R., Hartmann, G. we Hauske, G. (red.). Nerw ulgamlarynda we kompýuterlerde parallel gaýtadan işlemek 91–94 (Demirgazyk-Gollandiýa Elsevier, 1990).
Lewi, WB & Calvert, VG Aragatnaşyk, adam korteksindäki hasaplamadan 35 esse köp energiýa sarp edýär, ýöne sinaps sanyny çaklamak üçin iki çykdajy hem zerurdyr. Lewi, WB & Calvert, VG Aragatnaşyk, adam korteksindäki hasaplamadan 35 esse köp energiýa sarp edýär, ýöne sinaps sanyny çaklamak üçin iki çykdajy hem zerurdyr.Lewi, WB we Calvert, WG Communication adam korteksinde hasaplamadan 35 esse köp energiýa sarp edýär, ýöne sinapslaryň sanyny çaklamak üçin iki çykdajy hem zerurdyr. Lewi, WB & Calvert, VG Aragatnaşyk 消耗的能量是人类皮层计算的 35 倍，但这两种成本都需要预测突触数量。 Lewi, WB & Calvert, VG AragatnaşykLewi, WB we Calvert, WG Communication adam korteksinde hasaplamadan 35 esse köp energiýa sarp edýär, ýöne iki çykdajy hem sinapslaryň sanyny çaklamagy talap edýär.prosesi. Milli Ylymlar akademiýasy. Ylym. ABŞ 118, https://doi.org/10.1073/pnas.2008173118 (2021).
Dalgaty, T., Wianello, E., De Salvo, B. & Casas, J. Mör-möjeklerden ylham alýan neýromorf hasaplama. Dalgaty, T., Wianello, E., De Salvo, B. & Casas, J. Mör-möjeklerden ylham alýan neýromorf hasaplama.Dalgati, T., Vianello, E., DeSalvo, B. we Casas, J. Mör-möjeklerden ylham alýan neýromorf hasaplama.Dalgati T., Wianello E., DeSalvo B. we Casas J. Mör-möjeklerden ylham alýan neýromorf hasaplama. Häzirki. Pikir. Mör-möjekler ylmy. 30, 59–66 (2018).
Roý, K., Jaiswal, A. & Panda, P. Neýromorfiki hasaplaýyş bilen pyçak esasly maşyn intellektine tarap. Roý, K., Jaiswal, A. & Panda, P. Neýromorfiki hasaplaýyş bilen pyçak esasly maşyn intellektine tarap. Roý, K., Jaiswal, A. & Panda, P. Neuromorphic Computing bilen spike esasly maşyn intellektine tarap.Roý K, Jaiswal A we Panda P. Neýromorf hasaplamany ulanyp impuls esasly emeli intellekt. Tebigat 575, 607–617 (2019).
Indiveri, G. & Liu, S.-C. Indiveri, G. & Liu, S.-C.Indiveri, G. we Liu, S.-K. Indiveri, G. & Liu, S.-C. Indiveri, G. & Liu, S.-C.Indiveri, G. we Liu, S.-K.Neýromorf ulgamlarda ýat we maglumatlary gaýtadan işlemek. prosesi. IEEE 103, 1379–1397 (2015).
Akopýan F. we ş.m. Truenorth: 65 mWt 1 million neýron programmirläp bolýan sinaptiki çip üçin dizaýn we gurallar toplumy. IEEE amallary. Integrirlenen zynjyr ulgamlarynyň kompýuter dizaýny. 34, 1537–1557 (2015).
Şemmel, J. we ş.m. Göni görkeziş: plastinka şkalasynda BrainScaleS neýromorf ulgamynyň kiçeldilen görnüşi. 2012 IEEE Zynjyrlar we ulgamlar boýunça halkara simpoziumy (ISCAS), (IEEE red.) 702–702 (2012).
Moradi, S., Kiao, N., Stefanini, F. & Indiveri, G. Dinamiki neýromorf asynkron prosessorlary (DYNAPs) üçin birmeňzeş ýat gurluşlary bilen ulalýan köp görnüşli arhitektura. Moradi, S., Kiao, N., Stefanini, F. & Indiveri, G. Dinamiki neýromorf asynkron prosessorlary (DYNAPs) üçin birmeňzeş ýat gurluşlary bilen ulalýan köp görnüşli arhitektura.Moradi S., Kiao N., Stefanini F. we Indiviri G. Dinamiki neýromorf asynkron prosessorlary (DYNAP) üçin birmeňzeş ýat gurluşlary bolan ulaldylan köp görnüşli arhitektura. Moradi, S. 、 Kiao, N. 、 Stefanini, F. & Indiveri, G. 一种可扩展的多核架构，具有用于动态神经形态异步处理器 (DYNAP) 的异构内存结构。 Moradi, S. 、 Kiao, N. 、 Stefanini, F. & Indiveri, G. Dinamiki nerw gaýtadan işlemek üçin özboluşly ýat gurluşy (DYNAP) bilen giňeldilip bilinýän köp ýadroly arhitekturanyň bir görnüşi.Moradi S., Kiao N., Stefanini F. we Indiviri G. Dinamiki neýromorf asynkron prosessorlary (DYNAP) üçin birmeňzeş ýat gurluşlary bolan ulaldylan köp görnüşli arhitektura.IEEE Biomedikal ylym boýunça geleşikler. elektrik ulgamy. 12, 106–122 (2018).
Deýwis, M. we ş.m. Loihi: Içerki okuwly neýromorf köp ýadroly prosessor. IEEE Micro 38, 82–99 (2018).
Furber, SB, Galluppi, F., Temple, S. & Plana, LA The SpiNNaker taslamasy. Furber, SB, Galluppi, F., Temple, S. & Plana, LA The SpiNNaker taslamasy.Ferber SB, Galluppi F., Temple S. we Plana LA SpiNNaker taslamasy.Ferber SB, Galluppi F., Temple S. we Plana LA SpiNNaker taslamasy. prosesi. IEEE 102, 652–665 (2014).
Liu, S.-K. & Delbruk, T. Neýromorf duýgur ulgamlar. & Delbruk, T. Neýromorf duýgur ulgamlar.we Delbrück T. Neýromorf duýgur ulgamlar. & Delbruk, T. 神经形态感觉系统。 & Delbruk, T.we Delbrück T. Neýromorf duýgy ulgamy.Häzirki. Pikir. Newrobiologiýa. 20, 288–295 (2010).
Chope, T. we ş.m. Birleşdirilen ses çeşmesiniň lokalizasiýasy we çaknyşygyň öňüni almak üçin neýromorf duýgur integrasiýa. 2019-njy ýylda biomedikal zynjyrlar we ulgamlar boýunça IEEE konferensiýasynda (BioCAS), (IEEE red.) 1–4 (2019).
Risi, N., Aimar, A., Donati, E., Solinas, S. & Indiveri, G. Stereo görüşiň esasan neýromorf arhitekturasy. Risi, N., Aimar, A., Donati, E., Solinas, S. & Indiveri, G. Stereo görüşiň esasan neýromorf arhitekturasy.Risi N, Aýmar A, Donati E, Solinas S we Indiveri G. Düwürtige esaslanýan neýromorf stereowizasiýa arhitekturasy. Risi, N., Aimar, A., Donati, E., Solinas, S. & Indiveri, G. 一种基于脉冲的立体视觉神经形态结构。 Risi, N., Aimar, A., Donati, E., Solinas, S. & Indiveri, G.Risi N, Aimar A, Donati E, Solinas S we Indiveri G. Stereo görmek üçin Spike esasly neýromorf arhitektura.öň. Neýrobobotika 14, 93 (2020).
Osswald, M., Ieng, S.H. Osswald, M., Ieng, S.H.Oswald, M., Ieng, S.H. Osswald, M., Ieng, S.- H., Benosman, R. & Indiveri, G. 基于事件的神经形态立体视觉系统的 3Dperception 脉冲神经网络模型。 Osswald, M., Ieng, S.- H., Benosman, R. & Indiveri, G. 3Dperception 脉冲神经网络模型。Oswald, M., Ieng, S.H.Ylym. Hasabat 7, 1–11 (2017).
Dalgaty, T. we ş.m. Mör-möjeklerden ylham alýan esasy hereketi kesgitlemek, garşylykly ýady we ýarylýan nerw ulgamlaryny öz içine alýar. Bion biohibrid ulgamy. 10928, 115–128 (2018).
D'Angelo, G. we ş.m. Wagtlaýyn diferensial kodlamagy ulanyp, hadysalara esaslanýan eksantrik hereketi kesgitlemek. öň. Newrologiýa. 14, 451 (2020).