[发明专利]一种应用于忆阻器突触阵列的脉冲神经元电路

说明书

本发明涉及到基于忆阻器的神经形态计算领域，尤其涉及到基于STDP(Spiking timing dependent plasticity)规则的脉冲神经网络中的神经元电路。综合脉冲神经网络架构中生物神经元的工作机制和忆阻器神经突触驱动需求，设计一种可用于驱动忆阻器神经突触完成类脑(神经形态)计算的LIF型神经元电路，以实现神经元的功能。本发明不仅实现了积分点火功能，同时具备静息期、侧向抑制、双向传输等生物神经元的网络特性；无需外部数字控制信号即可实现神经元之间的网络构建；基于成熟的CMOS电路技术，具有较高的可靠性；采用大功率放大器单元，具有较强的驱动能力。能够满足忆阻器权值在线调整、构建无监督脉冲网络架构及大规模忆阻器类脑计算系统等的需要。

技术领域

本发明涉及到基于忆阻器的神经形态计算领域，尤其涉及到基于STDP(Spikingtiming dependent plasticity)规则的脉冲神经网络中的神经元电路。

背景技术

神经元电路是忆阻器类脑计算系统的核心组成部分。在脉冲神经网络架构下，前神经元负责将输入的激励信号转换为可激励忆阻器神经突触工作的Spike脉冲信号；忆阻器神经突触则根据Spike脉冲信号的变化，以忆阻值的变化模拟神经突触权值的计算，完成一体化的计算与存储；CMOS突触后神经元完成计算结果输出。神经元电路的设计与实现是近年来忆阻器类脑计算领域的研究前沿与热点之一。

当前忆阻器类脑计算中所使用的神经元电路主要包括Hodgkin-Huxley(H-H)传导神经元模型和Leaky Integrate-and-Fire(LIF型)积分点火型模型两种。为实现对大规模类脑计算的硬件模拟，研究者们通常采用传统硅基数模混合/数字集成电路简单模拟真实神经元的电生理行为和电导特性。然而现有CMOS神经元电路的相关研究大多只关注了神经元电路低功耗和高集成密度设计原则，以及前后神经元电路是否可以通过积分点火驱动忆阻器神经突触实现长/短时程等突触可塑性，无法在实现静息期、侧向抑制等功能的同时实现脉冲的双向传输，从而无法构建无监督脉冲网络架构，而这些特性正是构建大规模忆阻器类脑计算系统所必需的。因此，设计一种应用于忆阻器突触阵列的脉冲神经元电路具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有神经元电路存在的不足，本发明的目的在于综合脉冲神经网络架构中生物神经元的工作机制和忆阻器神经突触驱动需求，设计一种可用于驱动忆阻器神经突触完成类脑计算的LIF型神经元电路，解决了同时具备静息期、侧向抑制、双向传输等技术问题，能够满足忆阻器权值在线调整的需要，为构建无监督脉冲网络架构及大规模忆阻器类脑计算系统提供神经元支撑。

为实现上述目的，本发明综合脉冲神经网络架构中生物神经元的工作机制和忆阻器神经突触驱动需求，设计一种可用于驱动忆阻器神经突触完成类脑(神经形态)计算的LIF型神经元电路，以实现神经元的网络特性功能。

根据本发明的一个方面，提供一种应用于忆阻器突触阵列的脉冲神经元电路，其特征在于包括spike脉冲产生单元、积分点火单元、交互端口，其中：所述spike脉冲产生单元产生本神经元的spike脉冲信号，并与输入输出端口相连；所述积分点火单元接收外来神经元的脉冲，输出本神经元脉冲产生的控制信号并控制所述神经元电路；所述交互端口将其他神经元的脉冲信号输入到所述积分点火单元，将所述spike脉冲产生单元的脉冲输出到其他部分，并根据所述积分点火单元的控制信号调整自身的状态。