电子科技大学;北京遥感设备研究所刘洋获国家专利权
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龙图腾网获悉电子科技大学;北京遥感设备研究所申请的专利一种基于1T1R忆阻器和原位计算的二值神经网络加速系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN117313810B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-26发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202311181942.X,技术领域涉及:G06N3/063;该发明授权一种基于1T1R忆阻器和原位计算的二值神经网络加速系统是由刘洋;潘瑞城;白剑;张逍洋;王俊杰设计研发完成,并于2023-09-13向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于1T1R忆阻器和原位计算的二值神经网络加速系统在说明书摘要公布了:本发明公开了一种基于1T1R忆阻器和原位计算的二值神经网络加速系统,涉及半导体集成电路和神经网络领域。本发明利用了1T1R忆阻器阵列中忆阻器的存储特性,并设计了原位计算计数器电路和对应的输入数据编码方法,通过存内计算的结构对二值神经网络进行加速。因为本发明不包含ADC结构,所以在对网络进行加速的同时也具有高可靠性。相较于传统的忆阻器村内计算加速器,本发明不仅只需要用到忆阻器的两个状态,具有很高的硬件实现性,而且无ADC结构,具有更高的集成度和可靠性。本发明可以应用于高实时性的目标识别、图像分类、点云分类、语义分割、自然语言处理、人体姿态估计。
本发明授权一种基于1T1R忆阻器和原位计算的二值神经网络加速系统在权利要求书中公布了:1.一种基于1T1R忆阻器和原位计算的二值神经网络加速系统,其特征在于,包括如下模块:忆阻器阵列模块、忆阻器读写电路模块、原位计算计数器模块、数据输入模块、移位器和加法器模块、通信模块、控制器模块; 其中,数据输入模块、移位器和加法器模块、通信模块、控制器模块位于FPGA中;二值神经网络的权重通过上位机发送到通信模块,通信模块再将二值神经网络的权重数据发送至忆阻器读写电路模块,然后忆阻器读写电路模块将权重载入到忆阻器阵列模块中;上位机将二值神经网络运算的输入数据发送至数据输入模块,数据输入模块将二值神经网络运算的输入数据转换为WL信号并输入到忆阻器阵列模块中,从而控制忆阻器阵列中与忆阻器连接的MOS管的打开与关闭;忆阻器阵列模块既用于存储二值神经网络的权重,又参与二值神经网络的运算,通过忆阻器阵列模块进行乘法运算,乘法运算的结果通过BL信号输出给原位计算计数器模块,原位计算计数器模块负责完成矩阵运算中的加法运算,进行加操作或者减操作,然后将运算结果发送给通信模块,通信模块将运算结果发送给移位器和加法器模块,移位器和加法器模块将输入中每个bit的运算结果进行移位和累加后,将结果发送给通信模块,再通过通信模块发送给上位机; 控制器模块负责控制FPGA中的数据输入模块、移位器和加法器模块、通信模块的启动; 数据输入模块由多个D触发器与数个逻辑门组成,输入为时钟信号,将需要发送给忆阻器阵列的输入数据输出为WL信号,D触发器的数量与WL信号的数量相同,D触发器与数个逻辑门构成的组合电路用于生成WL信号,以实现每个时钟周期都使一个输入数据为1对应的WL信号拉高一个周期,且输入数据为0对应的WL信号不拉高;当数据输入模块最左端D触发器输入端拉高一个周期后,所有输入为1的WL信号也会依次分时拉高一个周期;如果与WL信号相连的忆阻器的权重为+1,则当WL信号拉高时,该忆阻器对应的BL信号也会拉高,如果与WL信号相连的忆阻器的权重为-1,则当WL信号拉高时,该忆阻器对应的BL信号会拉低;设WL信号共有n个,与WLk信号和BLm信号相连的忆阻器存储的权重为Wk m,与WLk信号对应的输入为Xk,其中,m是列标记,k是行标记,则BLm信号对应的运算结果OUTm,如公式1所示:
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