本發(fā)明涉及神經(jīng)形態(tài)器件以及神經(jīng)形態(tài)器件的控制方法。

背景技術(shù)：

1、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是將人類大腦的神經(jīng)回路的結(jié)構(gòu)在數(shù)學(xué)上模型化而得到的數(shù)理模型。神經(jīng)形態(tài)器件是將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)器件化而得到的。神經(jīng)形態(tài)器件人工地模擬人類的大腦中的神經(jīng)元與突觸的關(guān)系。

2、神經(jīng)形態(tài)器件根據(jù)怎樣模擬大腦功能而具有多種類型。其中一例是被稱為憶阻器的電阻變化元件。使用憶阻器模擬執(zhí)行以深度學(xué)習(xí)為代表的ai的計算的研究正在不斷進(jìn)展。通過將電阻變化元件陣列狀地連接，從而形成配置為層級狀的節(jié)點(diǎn)(大腦中的神經(jīng)元)和連接它們之間的傳遞單元(大腦中的突觸)。神經(jīng)形態(tài)器件通過由傳遞單元(突觸)進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而提高問題的正確回答率。學(xué)習(xí)是從信息中發(fā)現(xiàn)將來可能使用的知識，在神經(jīng)形態(tài)器件中對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)。

3、例如，在非專利文獻(xiàn)1中，公開了使用鐵電場效應(yīng)晶體管(fefet)的神經(jīng)形態(tài)器件。

4、另外，在非專利文獻(xiàn)2中，公開了用于使用相變存儲器(pcm)等電阻變化元件來進(jìn)行神經(jīng)形態(tài)計算的元件的學(xué)習(xí)方法。

5、另外，例如，在專利文獻(xiàn)1中，公開了利用自旋電子學(xué)技術(shù)的磁疇壁移動型的電阻變化元件(以下，稱為磁疇壁移動元件)作為憶阻器的神經(jīng)形態(tài)器件。磁疇壁移動元件具有磁疇壁移動層、隧道絕緣層、和磁化固定層。磁疇壁移動層由自旋方向不同的兩個磁疇和存在于其邊界的磁疇壁構(gòu)成。隧道絕緣層被磁疇壁移動層和磁化固定層夾持。磁疇壁能夠通過對磁疇壁移動層施加寫入信號(電流)而移動。磁疇壁移動元件的層疊方向的電阻值根據(jù)磁疇壁的位置而變化。就磁疇壁移動元件而言，其電導(dǎo)在磁疇壁的位置發(fā)生變化，是憶阻器的一例。

6、現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

7、專利文獻(xiàn)

8、專利文獻(xiàn)1：日本專利第6885399號公報

9、非專利文獻(xiàn)

10、非專利文獻(xiàn)1：mohammad?mehdi?sharifi?et?al.,2021ieee/acm?internationalsymposium?on?low?power?electronic?and?design(islped)26-28july?2021.

11、非專利文獻(xiàn)2：tayfun?gokmen?and?wilfried?haensch.frontiers?inneuroscience.,volume?14article?103.

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)要解決的技術(shù)問題

2、憶阻器是電阻發(fā)生變化的無源元件。由于電導(dǎo)g由電阻r的倒數(shù)表示，因此憶阻器也可以說是電導(dǎo)發(fā)生變化的無源元件。憶阻器的電導(dǎo)通過對憶阻器施加寫入信號而變化。例如通過對憶阻器施加電場、使電流流過憶阻器而施加寫入信號。由于憶阻器具有電導(dǎo)發(fā)生變化的特性，因此能夠應(yīng)用于神經(jīng)形態(tài)器件。例如，從原理上講，當(dāng)施加有寫入信號時，磁疇壁移動元件顯示出線性且對稱性良好的電導(dǎo)變化，能夠適用于神經(jīng)形態(tài)器件。

3、另一方面，即使對憶阻器施加寫入信號，由于憶阻器的工作原理以及制造上的精度極限等，有時電導(dǎo)不發(fā)生所期望的變化。例如，概率性地觀測到如下現(xiàn)象：在磁疇壁移動元件中，即使流過預(yù)先確定的寫入信號(電流)，磁疇壁也不移動，磁疇壁停留在當(dāng)前的位置。該現(xiàn)象被稱為陷阱現(xiàn)象。這是由于磁疇壁移動元件的磁疇壁有時會被制造時形成的槽等引起的電位變化捕獲。在該情況下，磁疇壁移動元件的電導(dǎo)即使施加寫入信號，也不發(fā)生所期望的電導(dǎo)變化。這是由于元件形成工藝上的極限與施加的電流(電壓)的權(quán)衡等原因而本質(zhì)上可能發(fā)生的概率性現(xiàn)象。然而，在用自旋憶阻器執(zhí)行上述的ai學(xué)習(xí)的情況下，該現(xiàn)象將產(chǎn)生各種問題。

4、即使期待憶阻器的電導(dǎo)與學(xué)習(xí)時計算出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重更新量相對應(yīng)地發(fā)生變化而施加寫入信號，也會發(fā)生如下各種問題，由于陷阱現(xiàn)象而憶阻器的電導(dǎo)不發(fā)生變化，因此，阻礙了基于學(xué)習(xí)算法的網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，無法發(fā)揮本來所期待的性能。

5、本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，提供即使在使用了發(fā)生那樣的陷阱現(xiàn)象的憶阻器元件的神經(jīng)形態(tài)器件中，也會根據(jù)寫入信號而產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)變化的神經(jīng)形態(tài)器件以及其控制方法。

6、(二)技術(shù)方案

7、該神經(jīng)形態(tài)器件具有控制部。所述控制部能夠與憶阻器連接，其中，所述憶阻器具有在施加了寫入信號時概率性地發(fā)生電導(dǎo)變化的電特性。所述控制部構(gòu)成為對所述憶阻器施加所述寫入信號。所述寫入信號基于根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重的更新量求出的所述憶阻器的所述電導(dǎo)的變化量的必要值、和在將基準(zhǔn)寫入信號施加于所述憶阻器時所述憶阻器的所述電導(dǎo)發(fā)生變化的期待值而確定。

8、(三)有益效果

9、上述方式的神經(jīng)形態(tài)器件以及其控制方法根據(jù)寫入信號產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)變化。

技術(shù)特征：

1.一種神經(jīng)形態(tài)器件，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)形態(tài)器件，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)形態(tài)器件，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)形態(tài)器件，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)形態(tài)器件，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)形態(tài)器件，其特征在于，

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)形態(tài)器件，其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)形態(tài)器件，其特征在于，

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)形態(tài)器件，其特征在于，

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的神經(jīng)形態(tài)器件，其特征在于，

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)形態(tài)器件，其特征在于，

12.一種神經(jīng)形態(tài)器件的控制方法，其具有：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明的目的在于提供一種根據(jù)寫入信號產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)變化的神經(jīng)形態(tài)器件以及其控制方法。本實(shí)施方式的神經(jīng)形態(tài)器件具有控制部。所述控制部能夠與憶阻器連接，其中，所述憶阻器具有在施加了寫入信號時概率性地發(fā)生電導(dǎo)變化的電特性，且所述控制部構(gòu)成為對所述憶阻器施加所述寫入信號。所述寫入信號基于根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重的更新量求出的所述憶阻器的所述電導(dǎo)的變化量的必要值、和在將基準(zhǔn)寫入信號施加于所述憶阻器時所述憶阻器的所述電導(dǎo)發(fā)生變化的期待值來確定。

技術(shù)研發(fā)人員：寺崎幸夫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：TDK株式會社
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21