機器學(xué)習(xí)的不斷發(fā)展、大數(shù)據(jù)技術(shù)和深度學(xué)習(xí)的快速興起,對數(shù)據(jù)處理硬件的速度、體積、功耗提出越來越高的要求。但是受到摩爾定律逐漸失效和馮·諾依曼架構(gòu)瓶頸的制約,現(xiàn)有的CMOS硬件平臺已經(jīng)漸漸不能滿足海量數(shù)據(jù)處理的需求,這促使人們開始探索下一代的數(shù)據(jù)處理硬件。在新興的數(shù)據(jù)處理硬件平臺中,憶阻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路被認(rèn)為是解決現(xiàn)有制約的最具潛力的硬件平臺之一。因此,研究憶阻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路設(shè)計具有重要意義。模擬聯(lián)想記憶、STDP、穩(wěn)態(tài)可塑性等生物特征的憶阻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路設(shè)計,是實現(xiàn)仿生憶阻硬件平臺的基礎(chǔ)�，F(xiàn)有的模擬聯(lián)想記憶的憶阻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路只側(cè)重于模擬聯(lián)想記憶的功能,而電路運行過程中相關(guān)參數(shù)的變化未知,這不利于電路的擴展和應(yīng)用。另一方面,憶阻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路可以實現(xiàn)計算加速,并經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法訓(xùn)練后完成模式識別功能�，F(xiàn)有的模式識別憶阻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路存在突觸權(quán)重不能同步調(diào)整、電路結(jié)構(gòu)與訓(xùn)練算法不匹配等不足之處。本文根據(jù)聯(lián)想記憶和模式識別的特點,研究相應(yīng)的憶阻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路設(shè)計,解決了現(xiàn)有研究中存在的相關(guān)不足,主要的研究內(nèi)容如下:首先,本文提出由四個MOS管和一個憶阻器組成的憶阻值雙向調(diào)節(jié)電路,并推導(dǎo)出控制信號作用時間與... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

本文內(nèi)容的結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文142.2.2憶阻值雙向調(diào)節(jié)電路本章提出一種憶阻值雙向調(diào)節(jié)電路，它只使用正電壓就可以調(diào)節(jié)憶阻值。并且，它可以由數(shù)字邏輯信號直接控制，其原理圖如2.1所示。憶阻值雙向調(diào)節(jié)電路由兩個p型MOS管a1T、a2T，兩個n型MOS管a3T、a4T和一個憶阻器mR組成。a1T、a2T的參數(shù)相同，a3T、a4T的參數(shù)也相同，而且p型MOS管與n型MOS管的參數(shù)是對稱的。1V、2V、3V、4V是數(shù)字邏輯信號，它們控制MOS管的導(dǎo)通與關(guān)斷，邏輯1和邏輯0的電壓分別設(shè)置為5V和0V。圖2.1憶阻值雙向調(diào)節(jié)電路如果3V=1，則a3T柵極和源極間的電壓大于a3T的閾值電壓，因此a3T導(dǎo)通。導(dǎo)通的MOS管工作在非飽和區(qū)，此時漏極電流可以近似地表示為[126],[127](())2DnGSTDSDSi=K2V-VV-V(2.7)其中nK表示a3T的電導(dǎo)常數(shù)，GSV代表柵極和源極間的電壓，DSV代表漏極和源極間的電壓，TV代表a3T的閾值電壓。在非飽和區(qū)中，()2DSGSTDSV2V-VV，因此式(2.7)可以近似地表示為[126]()DnGSTDSi=2KV-VV(2.8)從而a3T的等效電阻表示為[126]

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文15()dsonGST12r=KV-V(2.9)a3T的參數(shù)nK、GSV、TV是常數(shù)，因此dsor等效為一個電阻。當(dāng)3V=0時，a3T柵極和源極間的電壓為0V，a3T關(guān)斷。進而，可以得到a1T、a2T、a4T在導(dǎo)通時的等效阻值同樣是dsor。如果12V=V=1，34V=V=0，憶阻值雙向調(diào)節(jié)電路中的四個MOS管都處于關(guān)斷狀態(tài)，此時沒有電流流過憶阻器，憶阻值保持不變。當(dāng)14V=V=0，23V=V=1時，a1T、a3T導(dǎo)通，a2T、a4T關(guān)斷。電流通過a1T、mR和a3T流入地端，使憶阻值增加。圖2.2(a)和2.2(c)分別展示了這種狀態(tài)下的電流通路和等效電路。當(dāng)14V=V=1，23V=V=0時，a1T、a3T關(guān)斷，a2T、a4T導(dǎo)通。電流以相反的方向流過憶阻器，因此憶阻值減小，此時的電流通路如圖2.2(b)所示。當(dāng)憶阻值增加或減小時，憶阻器兩端的電壓表示為()()()()()mddma1ma3RtVVt=Xt-Yt=R+Rt+R(2.10)式(2.5)對時間t的微分可以表示為圖2.2(a)憶阻值增加時的電流通路。(b)憶阻值減少時的電流通路。(c)憶阻值增加時的等效電路，X(t)和Y(t)表示憶阻器兩端的電壓值。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]憶阻器交叉陣列及在圖像處理中的應(yīng)用[J]. 胡小方,段書凱,王麗丹,廖曉峰.  中國科學(xué):信息科學(xué). 2011(04)

碩士論文
[1]基于4T1M突觸的憶阻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其片上學(xué)習(xí)與邏輯應(yīng)用研究[D]. 劉陽.華中科技大學(xué) 2016



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