IEDM 2015
Neuromorphes System für SNNs
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
2T-1R-Design bringt viele Vorteile
IBM hat für die PCM-Zelle ein 2T-1R-Design, also zwei Transistoren und ein Widerstand gewählt, weil sich laut Kim damit LIF-Neuronen (leaky integrate and fire) sowie verschiedene Regeln für die Anpassung der Synapsenstärken, zum Beispiel STDP (spike-timing dependent plasticity), am effektivsten implementieren lassen. Der letzte Punkt ist eine Voraussetzung, damit die elektrischen Neuronen lernfähig sind. Kim: »Das 2T-1R-Design ist auch hinsichtlich des Platzbedarfs am effizientesten, denn damit sind kleinere LIF-Kondensatoren möglich, wodurch die gesamte Core-Größe kleiner ausfällt. Denn mit diesem Ansatz kann der LIF-Puls deutlich kürzer gehalten werden als der STDP-Puls. Außerdem lassen sich so auch noch zusätzliche Funktionen wie Ionenkanäle oder Verzögerungen in den LIF- oder STDP-Pfad einfügen, ohne dass dadurch der jeweils andere Pfad beeinflusst wird.«
Der Ablauf ist folgendermaßen: Wenn ein Spike (Aktionspotential) am Eingang anliegt, aktiviert der dazugehörige präsynaptische Axonen-Treiber (AD) den LIF-Transistor (LIF-TRs) in allen nachgeschalteten Synapsen und entlädt die Kondensatoren in der assoziierten Neuronenschaltung (NC). Wenn irgendein Membranpotential den Schwellwert unterschreitet, erzeugt die dazugehörige NC sofort einen Spike-Output und anschließend einen STDP-BL-Puls. Nachdem die AD-Schalter die LIF-TRs abgeschaltet hat, aktiviert er weiterhin die Synapsenanpassungs-TRs (STDP TRs) mit einer leicht variierenden Wellenform. Der Widerstand der PCM-Zelle (Anpassung der Synapsenstärke) wird aber erst auf einen neuen Stand gebracht, wenn das dazugehörige NC einen Spannungspuls auf der STDP-Bitline ungleich Null erzeugt. Kim: »Dank der Charakteristik der PCM-Zelle können Anpassungspulse für jede Art von STDP-Regeln designt werden. Jeder AD und NC können unabhängig voneinander in ihrem eigenen Betriebsmodus arbeiten – LIF, STDP oder Idle. Somit ist es möglich, dass LIF und STDP in jedem neuromorphen Core asynchron und gleichzeitig arbeiten, was Strom spart und ein aufwendiges Design für das Timing überflüssig macht.«
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