[发明专利]应用于忆阻器阵列权重调制和图像识别的电路系统

说明书

本发明提供了一种应用于忆阻器阵列权重调制和图像识别的电路系统。所述电路系统包括PC机、FPGA芯片、数模转换单元、开关单元、忆阻器阵列单元、积分和信号放大电路以及模数转换器。本发明通过PC机特定软件选择需要实现功能，可以为阵列读写、权重调制、图像识别，将PC机采集到的命令或者图像RGB值转换成对应的灰度值发送至FPGA芯片，FPGA芯片通过数模转换单元、开关单元控制选择需要调制的忆阻器阵列单元。PC机应用程序实时控制FPGA芯片，实现阵列读写、权重调制和图像识别功能，结果经FPGA芯片在PC机上实时显示。

技术领域

本发明涉及忆阻器技术领域，具体地说是一种应用于忆阻器阵列权重调制和图像识别的电路系统。

背景技术

过去几十年，晶体管集成电路沿着摩尔定律飞速发展，电子计算机的性能日新月异。电子计算机发明以来，冯·诺依曼体系结构就一直占据主导地位。在过去几十年中，冯·诺依曼体系取得了巨大的成功。然而，随着物联网、云计算、大数据时代的到来，海量非结构化数据的深度分析处理需要更高的计算速度和计算能效，冯·诺依曼架构下的计算体系逐渐显得力不从心，摩尔定律的延续也面临着巨大的挑战。因此，寻找新的高能效计算技术，是当前研究的重要方向。

忆阻器是一种新原理纳米器件，其阻值由激励历史决定且连续变化，呈现非易失性。它的出现为开发高能效、存算一体的新型计算系统提供了新的物理基础。忆阻器具有集成密度高、操作速度快、操作功耗低、非易失等优势，被认为是存算一体基础器件的有力竞争者之一，为实现存算一体技术提供了切实可行的解决方案。

忆阻器通常采用交叉阵列的方式进行高密度集成。在忆阻器交叉阵列一端施加列电压矢量时，另一端的输出行电流矢量是施加列电压矢量与忆阻器电导矩阵的乘积。也就是说，基于欧姆定律和基尔霍夫电压定律，忆阻器阵列能够在一个周期内完成矢量与矩阵的乘累加运算。乘法的因子直接存储在忆阻器阵列中，不需要单独的存储单元，从而绕过了冯·诺依曼瓶颈。而且这种基于忆阻器阵列乘累加运算的核心单元计算能效比现有CMOS器件提高两个数量级，这对于具有大量乘累加运算的智能处理任务具有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是提供一种应用于忆阻器阵列权重调制和图像识别的电路系统，以实现忆阻器阵列信息的读取、忆阻器权重调制、图像识别。

本发明是这样实现的：一种应用于忆阻器阵列权重调制和图像识别的电路系统，包括PC机、FPGA芯片、数模转换单元、开关单元、忆阻器阵列单元、积分和信号放大电路以及模数转换器；

所述PC机与所述FPGA芯片相接，所述FPGA芯片同时还与所述数模转换单元和模数转换器相接；FPGA芯片采用的FPGA核心板；

所述数模转换单元用于接收FPGA芯片发送的数字信号并进行降压，再转换成对应的脉冲信号，输出至开关单元，通过开关单元的选择控制忆阻器阵列单元；

所述开关单元包括两个双路二选一开关单元和六个十六选一开关单元，其中一个双路二选一开关单元的输入连接数模转换单元的输出，该双路二选一开关单元具有两个输出端，其中一个输出端通过两个十六选一开关单元与忆阻器阵列单元中器件的CMOS管的源极相接，另一个输出端通过另外两个十六选一开关单元与忆阻器阵列单元中器件的CMOS管的栅极相接，忆阻器阵列单元中器件的CMOS管的漏极通过剩余两个十六选一开关单元与另一个双路二选一开关单元相接，该另一个双路二选一开关单元通过积分和信号放大电路与模数转换器相接，该另一个双路二选一开关单元用于控制积分电路充放电，并不是对忆阻器阵列单元的32路输出进行选择输出，每次积分后都需要放电，因此该另一个双路二选一开关单元在每次输出后控制积分电路放电；因此，本发明中开关单元用于控制忆阻器阵列32×32路信号通断，即控制忆阻器阵列单元中的单个器件的CMOS管的源极、栅极、漏极的通断。

所述忆阻器阵列单元用于将接收到的脉冲信号转换为对应的电流信号，并输出至开关单元进行选择性输出；