[发明专利]突触系统与突触方法

说明书

本申请公开了一种突触系统与突触方法，其中，该突触系统包括三个晶体管、一阻抗转换元件以及两个神经元。阻抗转换元件具有一阻抗值并且配置于两个神经元之间。第一晶体管连接于阻抗转换元件以及其中一神经元。第二晶体管以及第三晶体管配置于上述神经元之间，相互串联且连接第一晶体管的栅极。第一输入信号通过第二晶体管与第三晶体管从其中一神经元传送至另一神经元。第二输入信号通过第一晶体管从其中一神经元传送至另一神经元。阻抗转换元件的阻抗值根据第一输入信号与第二输入信号的时间差而改变。

技术领域

本申请涉及一种突触系统与突触方法。

背景技术

在神经网路中，神经元(neuron)负责学习与记忆的智能活动。神经元使用其突触(synapse)与其他数以千计的神经元交换信号。因此，神经元是资料传输的结构与功能基础单元。突触指的是两个神经元之间的接面(junction)，相邻的第一神经元的轴突(axon)与第二神经元的树突(dendrite)在接面交换信号。一个神经元通过突触连接其他数以千计的神经元。因此，突触系统包括多个半导体电路，用以模仿生物神经系统的操作。

具体来说，电阻式随机存取记忆体(RRAM)可结合运算与记忆而提供高效能、低资源的矩阵向量乘法运算，并且应用于神经网路与模式认知。然而，通过RRAM执行突触系统时，很难使用半导体制程技术在一个小面积中整合大量的人造神经元。因此如何实现STDP的神经型态操作就成为本技术领域的一个重要课题。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提出一种用以实现神经元时序相依可塑性(STDP)操作的突触系统。此突触系统包括三个晶体管、一阻抗转换元件和两个神经元。阻抗转换元件具有一阻抗值并且配置于两个神经元之间。第一晶体管连接于阻抗转换元件以及其中一神经元。第二晶体管以及第三晶体管配置于上述神经元之间，相互串联且连接于第一晶体管的栅极。第一输入信号通过第二晶体管与第三晶体管从其中一神经元传送至另一神经元。第二输入信号通过第一晶体管从其中一神经元传送至另一神经元。阻抗转换元件的阻抗值根据第一输入信号与第二输入信号的时间差而改变。

上述神经元的每一者包括一先突触部分以及一后突触部分。先突触部分产生第一输入信号，后突触部分产生第二输入信号。第一晶体管连接于上述神经元的上述后突触部分之间。第二晶体管与第三晶体管连接于上述神经元的上述先突触部分之间。

第一输入信号包括一第一方波波形以及线性递减的一第一三角波波形。第二输入信号包括一第二方波波形以及相反极性递减的一第二指数波波形。

为了执行该STDP操作的一增强状态，在传送第一输入信号之后，传送第二输入信号以增强状态。第二方波波形重叠于第一三角波波形。阻抗转换元件的阻抗值的降低随着第二方波波形与第一三角波波形的时间差的增加而减少。阻抗转换元件的阻抗值的降低随着第一三角波波形的振幅的增加而增加。

为了执行该STDP操作的一减弱状态，在传送第一输入信号之前，传送第二输入信号以执行减弱状态。第二方波波形直接追随第一三角波波形。阻抗转换元件的阻抗值的增加随着第二方波波形与第一三角波波形的时间差的增加而减少。阻抗转换元件的阻抗值的增加随着第一三角波波形的振幅的增加而增加。

再者，第二输入信号还包括具有一相反极性的一第二反向方波波形、以及直接追随第一方波波形的第二反向方波波形。第一三角波波形与第一方波波形之间的期间大于第二方波波形与第二反向三角波波形之间的期间。第二指数波波形与第二反向方波之间的期间大于第一三角波波形与第一方波波形之间的期间。