کنفرانس مهندسی برق ایران

صفحه اصلی / سی و چهارمین کنفرانس بین المللی مهندسی برق

طراحی و شبیه سازی یکپارچه ی نورون و سیناپس شبکه عصبی با استفاده از افزاره های پیوند تونل مغناطیسی

نویسندگان :

مهتاب نصیری زاده¹ نوید یثربی² حسین پاک نیت³

1- دانشگاه شیراز،دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر 2- دانشگاه شیراز،دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر 3- دانشگاه شیراز،دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر

کلمات کلیدی :

نورومورفیک

چکیده :

با نزدیک‌شدن به محدودیت‌های معماری فون‌نویمن و نیاز به پیاده‌سازی‌ سیستم‌های محاسباتی کم‌مصرف و یکپارچه، طراحی نورون و سیناپس سخت‌افزاری مبتنی بر افزاره‌های فیزیکی اهمیت بیشتری یافته‌است. در این پژوهش نورون هایی با تابع‌ فعال‌ساز واحد یکسوشده‌ی خطی (ReLU) و سیناپس، هر دو با استفاده از افزاره‌ی پیوند تونل مغناطیسی مبتنی بر اثر هال اسپینی (SHE-MTJ) پیاده‌سازی شده و کارایی آن‌ها در یک شبکه‌ی عصبی ارزیابی شده است. برخلاف برخی از پژوهش های پیشین که نورون یا سیناپس را به‌صورت کامپیوتری یا با مدل‌های ریاضی پیاده‌سازی نموده‌اند، در این کار نورون و سیناپس با یک نوع افزاره‌ی مشترک و به‌صورت یکپارچه پیاده‌سازی شده‌اند. علاوه بر این منحنی‌های رفتاری افزاره ها مستقیماً از شبیه‌سازی‌ در HSPICE استخراج شده و در ارزیابی شبکه به‌کار گرفته شده‌است. این رویکرد امکان ارزیابی دقیق‌تر ساختار پیشنهادی در شبکه را فراهم می‌کند. استفاده از نورون و سیناپس پیشنهادی در یک شبکه‌ با اندازه‌ی 10×512×512×784 دقت 96/21٪ را در تشخیص داده‌های MNIST نشان می‌دهد. نتایج ناشی از اعتبارسنجی ReLU پیشنهادی در یک شبکه‌ی عصبی پیچشی (CNN) نشان می‌دهد که دقت این ساختار تنها حدود 1٪ با نتایج شبیه سازی ایده‌آل فاصله دارد. علاوه بر آن، سیناپس پیشنهادی توان مصرفی را تا حدود 15 برابر نسبت به ساختار‌های مشابه کاهش داده‌است.