[发明专利]一种支持抑制型脉冲神经网络的事件驱动加速器

权利要求书

1.一种支持抑制型脉冲神经网络的事件驱动加速器，其特征在于，

应用一种脉冲神经网络加速方法，

一种脉冲神经网络加速方法，构建近似计算模型，以消除脉冲神经网络在不同时间步上的计算依赖关系，其构建过程，包括以下步骤：

第一步，将粗粒度时间段内的所有脉冲信号搜集到同一个时间步内；

第二步，根据第一步中的脉冲信号，计算出神经元在一个时间段内的膜电压增益；

第三步，通过第二步中的膜电压增益，计算脉冲发放频率；

第四步，利用第三步中的脉冲发放频率，得到脉冲神经网络的计算结果；

所述第二步中，神经元在某一时间段内的膜电压增益，取决于该时间段内突触前神经元所带来的脉冲刺激强度，其具体的计算公式如下：

其中，表示t时刻神经元j的膜电压增益，τ表示时间常数，W_i，j表示神经元i和神经元j之间连接权重，表示神经元i在t时刻是否发射脉冲信号，leak表示泄露项,freq_i表示神经元i在该时间段内的脉冲发放频率；

所述第三步中，神经元的脉冲发放频率近似正比于该时间段内的膜电压增益，膜电压增益除以脉冲发射阈值，得到近似脉冲发放频率；其具体的计算公式如下：

其中，V_thrd表示神经元的脉冲发放阈值；

支持抑制型脉冲神经网络的事件驱动加速器包括脉冲输入模块、控制模块、状态模块、计算模块以及脉冲输出模块；

脉冲输入模块，用于负责加速器的输入输出，其设有一条队列，用来存储脉冲输入包；

控制模块设有图控制器和调度器；

所述图控制器，用于负责查找脉冲信号的突触后神经元以及相应连接权重，其能根据脉冲输入包中神经元标号，查找偏移量以及数目，之后再从外存中取出所有后继边；

所述调度器，用于负责将突触后神经元的相关数据调度至特定计算单元，其采用组相联的策略进行调度，即每个计算单元负责一组特定突触神经元状态的更新；

状态模块设有一组神经元状态存储单元SU，每个神经元状态存储单元SU保存一组神经元的状态信息，所述状态信息包括膜电位水平、脉冲发射阈值；

计算模块设有一组神经计算单元构成，每个神经计算单元CU包括一个乘加器和一个比较器；

脉冲输出模块设有一组去重队列，其能根据神经元是否是输出神经元，将输入包写入到不同的位置，并将输出神经元封装为脉冲输入包，传输给脉冲输入模块；

所述去重队列包括一个输出队列、一个位示图、一个用于计算脉冲频率的计算子模块；

所述输出队列，用来保存所有中间状态膜电位超出阈值的神经元标号；

所述位示图，用来标识神经元是否已经存在于输出队列，以避免神经元被重复压入队列；当脉冲输入模块中的所有数据都已经被处理完成，计算子模块结合神经元最终膜电压状态，判断输出队列中神经元是否发射脉冲信号以及脉冲信号的频率。

2.如权利要求1所述的一种支持抑制型脉冲神经网络的事件驱动加速器，其特征在于，

所述脉冲输入包为二元组结构，其包括神经元标号、脉冲激活频率；

所述神经元标号，用以指明该脉冲信号来源；

所述脉冲激活频率，用以反应神经元在粗粒度时间段内被激活的次数，以实现对近似计算模型的支持。

3.如权利要求1所述的一种支持抑制型脉冲神经网络的事件驱动加速器，其特征在于，

所述神经计算单元CU和神经元状态存储单元SU存在一一映射关系，当神经计算单元CU收到突触后神经元的脉冲输入时，其首先更新神经元状态存储单元SU中保存的神经元的状态信息，然后判断是否向脉冲输出队列发送脉冲输出包。

4.如权利要求1所述的一种支持抑制型脉冲神经网络的事件驱动加速器，其特征在于，

所述去重队列利用位示图标识神经元是否已经存在于输出队列；推迟脉冲信号的发射时机，结合神经元最终膜电压状态，计算脉冲发放频率，实现脉冲抖动问题的解决。

5.如权利要求1-4任一所述的一种支持抑制型脉冲神经网络的事件驱动加速器，其特征在于，

所述支持抑制型脉冲神经网络的加速器计算过程分为两阶段：

第一阶段是根据脉冲输入包，进行脉冲路由，更新突触后神经元的过程；

第二阶段是脉冲输出模块根据输出队列中神经元最终膜电位，计算脉冲发放频率的过程。