[发明专利]基于忆阻器件的神经网络突触结构及突触权重构建方法

说明书

本发明提供一种基于忆阻器件的神经网络突触结构，包括：第一忆阻器件、第二忆阻器件、电压反相器、运算放大器以及反馈电阻；所述第二忆阻器件与所述电压反相器串联，形成一串联结构，该串联结构与所述第一忆阻器件并联，形成一并联结构，该并联结构的一端连接输入电压，另一端连接所述运算放大器的反向输入端，所述运算放大器的的输出端与反向输入端之间跨接所述反馈电阻。

技术领域

本发明涉及一种神经网络突触结构，尤其涉及一种基于忆阻器件的神经网络突触结构。

背景技术

突触是神经网络中的关键基元，根据一定的算法修改突触权重是神经网络信息处理的基础。神经网络的突触权重通常具有兴奋性和抑制性两种，即正向权重和负向权重。忆阻器件是一种电导值可以受施加电信号调节的可塑电子器件，其良好的可塑性加之小尺寸、低能耗、高读写速度的优点，使其成为了未来神经形态工程中类突触器件的最佳选择。然而，现有技术中基于忆阻器件的突触结构并不能完全实现神经网络的双向权重。例如，图1给出了一种现有技术中基于单个忆阻器件的突触结构，其输入输出电压关系为：，等效权重为。由于忆阻器件采用电导作为自变量，而电导不能为负值，因此该类突触结构只能实现单向权重。本发明称此类突触为单向权重突触结构。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种神经网络突触正负权重的构建方法以及一种同时支持正向权重和负向权重的神经网络突触结构。

一种基于忆阻器件的神经网络突触结构，包括：第一忆阻器件、第二忆阻器件、电压反相器、运算放大器以及反馈电阻；所述第一忆阻器件的输入端与输入电压直接相连，所述第二忆阻器件的输入端通过所述电压反相器与所述输入电压相连，所述第一忆阻器件的输出端、第二忆阻器件的输出端分别与所述运算放大器的反向输入端相联，所述运算放大器的同向输入端接地，所述反馈电阻跨接在所述运算放大器的输出端与反向输入端之间。

一种神经网络突触正负权重构建方法，提供一个正向作用忆阻器件与一个负向作用忆阻器件，将所述正向作用忆阻器件与所述负向作用忆阻器件并联；所述正向作用忆阻器件对突触权重起正向作用，增大该正向作用忆阻器件的电导，突触权重增加，减小该正向作用忆阻器件的电导，突触权重降低；所述负向作用忆阻器件对突触权重起负向作用，增大该负向作用忆阻器件的电导，突触权重降低，减小该负向作用忆阻器件的电导，突触权重增加。

与现有技术相比，本发明提供的神经网络突触正负权重的构建方法同时支持正向权重和负向权重，并且可以添加调制约束，在神经网络学习的过程中，实现突触权重在当前状态和目标状态之间的唯一性路径调制。本发明将为未来基于忆阻器件构建大规模神经形态网络并发展更为复杂的信息处理功能提供一种有效的方法。

附图说明

图1为现有技术中基于忆阻器件的神经网络突触结构图

图2为本发明提供的基于忆阻器件的神经网络突触结构图

图3为本发明提供的突触结构双向突触权重调制原理图

图4为本发明提供的突触结构双向突触权重调制中的4种调制情况

图5为基于本发明的神经网络学习的突触权重调制过程示例图

主要元件符号说明