메뉴 건너뛰기
.. 내서재 .. 알림
소속 기관/학교 인증
인증하면 논문, 학술자료 등을  무료로 열람할 수 있어요.
한국대학교, 누리자동차, 시립도서관 등 나의 기관을 확인해보세요
(국내 대학 90% 이상 구독 중)
로그인 회원가입 고객센터 ENG
주제분류

추천
검색

논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

양창주 (전북대학교, 전북대학교 일반대학원)

지도교수
김형석
발행연도
2014
저작권
전북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수8

표지
AI에게 요청하기
추천
검색

이 논문의 연구 히스토리 (3)

초록· 키워드

오류제보하기
Software versions of artificial neural networks (ANN) which are the only available implementations so far lack the inherent parallelism provided by neural networks. The realization of neural learning in fast, compact and reliable hardware is a tough task. A major bottleneck in analog neural network hardware is the implementation of nonvolatile programmable weight storage. The size of analog multipliers for the weight storage is well over practical implementations. Another problem in hardware realization of neural network is difficulty in implementing efficient learning rules like back-propagation (BP).
In this study, the implementation of the memristor-based multilayer neural networks and the simplest hardware-based learning architecture called RWC(Random Weight Change) is aimed. In this end, a higher priority is imposed on the effective implementation of neural synapses (weights). Two major functions which should be embeded in synapses are programmability of memrory and analog multiplication. A recent physical realization of “memristor”, a non-volatile programmable resistor, has opened up new possibilities. Memristor is a nonvolatile memory which is programmable. Also, analog multiplication which is essential in synaptic processing is embeded in a memristor. However, commercially available memristor is still not seen on the market. A memristor emulator which can imitate a TiO2 memristor precisely is designed with circuits in this paper.
Though memristor has very excellent features to implement neural synapses, the full implementation of neural networks is not possible only with a single memristor since negative and zero weighting as well as positive weighting are also necessary in neural synases. We have also proposed an universal synaptic architecture combining 4 memristors called memristor bridge synapse which can implement all the signs of weighting (positive, negative and zero). Multilayer neural networks can be built via the connections of multiple neurons with synapses. An active load-based circuit of neuron cell body is employed to integrate the weighted inputs of a node.
To work around difficulties in implementing efficient learning rule like BP in hardware, the circuit design of Random Weight Change (RWC) algorithm is also proposed. The weight of each synapse is changed randomly by a fixed amount in each iteration and is easy to implement. To show a successful learning with our designed neural network circuits, a learning example has been demonstrated about XOR problem.
Though circuit-based RWC algorithm requires more iterations than the software-based backpropagation algorithm, we show that the hardware-based learning of RWC is two orders faster than its software counterpart. The proposed learning scheme has been designed based on a real Die Chip design rule.

목차

1. 서론 1
2. 인공신경회로망 3
2.1. 기존의 소프트웨어 기반 신경망 회로 4
2.2. RWC 학습 알고리즘 5
3. 멤리스터 7
3.1. 멤리스터 특성 9
3.2. Pinched Hysteresis Loop 13
3.3. Non-Volatile Memory 19
4. 멤리스터 인공적 구현 및 모델링 20
4.1. 기존의 멤리스터 등가모델 20
4.2. Hewlett-Packard 사의 TiO2 기반 멤리스터 모델 25
4.3. 수학적 모델 분석 28
5. 멤리스터 에뮬레이터 회로 설계 30
5.1. 기존의 멤리스터 에뮬레이터 회로 30
5.2. 개선된 멤리스터 에뮬레이터 설계 36
5.3. 멤리스터 에뮬레이터의 CMOS 기반 Pspice 회로 설계 41
5.4. 가용 회로 소자를 이용한 에뮬레이터 설계 49
5.5. 멤리스터 에뮬레이터의 CMOS 기반 Hspice 회로 설계 54
5.6. Doublet Pulse Generator 61
5.7. 멤리스터 기반 브릿지 구조 회로 설계 64
5.8. 공정 기반 회로 설계 및 Die Chip 제작 69
5.9. 다중 입력 뉴런 회로 71
5.10. 하드웨어적 학습을 위한 회로 설계 76
5.10.1. 입력 신호 간 에러 연산 회로 설계 77
5.10.2. 에러값 누적 연산을 위한 회로 설계 80
5.10.3. 가중치 갱신 및 학습상태 판별 제어 회로 설계 81
6. 시뮬레이션 89
6.1. 수학적 모델기반 멤리스터 시뮬레이션 89
6.2. 개선된 멤리스터 에뮬레이터 회로 시뮬레이션 91
6.3. 브레드보드 상에서 구현한 멤리스터 에뮬레이터 회로
시뮬레이션 96
6.4. 공정 기반 제작 Die Chip 실험 99
6.5. 멤리스터 에뮬레이터 프로그래밍 시뮬레이션 100
6.6. 멤리스터 에뮬레이터 교류신호 특성 시뮬레이션 104
6.7. Doublet Pulse 시뮬레이션 106
6.8. 멤리스터 에뮬레이터 기반 브릿지 회로의 가중치 연산
시뮬레이션 110
6.9. 다중 입력 시냅스 회로 시뮬레이션 113
6.10. 학습 알고리즘 시뮬레이션 116
7. 결론 119
8. 참고문헌 121

최근 본 자료

전체보기

댓글(0)

0