電子科技大學;北京遙感設備研究所劉洋獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉電子科技大學;北京遙感設備研究所申請的專利一種基于1T1R憶阻器和原位計算的二值神經網絡加速系統獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN117313810B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-26發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202311181942.X,技術領域涉及:G06N3/063;該發明授權一種基于1T1R憶阻器和原位計算的二值神經網絡加速系統是由劉洋;潘瑞城;白劍;張逍洋;王俊杰設計研發完成,并于2023-09-13向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種基于1T1R憶阻器和原位計算的二值神經網絡加速系統在說明書摘要公布了:本發明公開了一種基于1T1R憶阻器和原位計算的二值神經網絡加速系統,涉及半導體集成電路和神經網絡領域。本發明利用了1T1R憶阻器陣列中憶阻器的存儲特性,并設計了原位計算計數器電路和對應的輸入數據編碼方法,通過存內計算的結構對二值神經網絡進行加速。因為本發明不包含ADC結構,所以在對網絡進行加速的同時也具有高可靠性。相較于傳統的憶阻器村內計算加速器,本發明不僅只需要用到憶阻器的兩個狀態,具有很高的硬件實現性,而且無ADC結構,具有更高的集成度和可靠性。本發明可以應用于高實時性的目標識別、圖像分類、點云分類、語義分割、自然語言處理、人體姿態估計。
本發明授權一種基于1T1R憶阻器和原位計算的二值神經網絡加速系統在權利要求書中公布了:1.一種基于1T1R憶阻器和原位計算的二值神經網絡加速系統,其特征在于,包括如下模塊:憶阻器陣列模塊、憶阻器讀寫電路模塊、原位計算計數器模塊、數據輸入模塊、移位器和加法器模塊、通信模塊、控制器模塊; 其中,數據輸入模塊、移位器和加法器模塊、通信模塊、控制器模塊位于FPGA中;二值神經網絡的權重通過上位機發送到通信模塊,通信模塊再將二值神經網絡的權重數據發送至憶阻器讀寫電路模塊,然后憶阻器讀寫電路模塊將權重載入到憶阻器陣列模塊中;上位機將二值神經網絡運算的輸入數據發送至數據輸入模塊,數據輸入模塊將二值神經網絡運算的輸入數據轉換為WL信號并輸入到憶阻器陣列模塊中,從而控制憶阻器陣列中與憶阻器連接的MOS管的打開與關閉;憶阻器陣列模塊既用于存儲二值神經網絡的權重,又參與二值神經網絡的運算,通過憶阻器陣列模塊進行乘法運算,乘法運算的結果通過BL信號輸出給原位計算計數器模塊,原位計算計數器模塊負責完成矩陣運算中的加法運算,進行加操作或者減操作,然后將運算結果發送給通信模塊,通信模塊將運算結果發送給移位器和加法器模塊,移位器和加法器模塊將輸入中每個bit的運算結果進行移位和累加后,將結果發送給通信模塊,再通過通信模塊發送給上位機; 控制器模塊負責控制FPGA中的數據輸入模塊、移位器和加法器模塊、通信模塊的啟動; 數據輸入模塊由多個D觸發器與數個邏輯門組成,輸入為時鐘信號,將需要發送給憶阻器陣列的輸入數據輸出為WL信號,D觸發器的數量與WL信號的數量相同,D觸發器與數個邏輯門構成的組合電路用于生成WL信號,以實現每個時鐘周期都使一個輸入數據為1對應的WL信號拉高一個周期,且輸入數據為0對應的WL信號不拉高;當數據輸入模塊最左端D觸發器輸入端拉高一個周期后,所有輸入為1的WL信號也會依次分時拉高一個周期;如果與WL信號相連的憶阻器的權重為+1,則當WL信號拉高時,該憶阻器對應的BL信號也會拉高,如果與WL信號相連的憶阻器的權重為-1,則當WL信號拉高時,該憶阻器對應的BL信號會拉低;設WL信號共有n個,與WLk信號和BLm信號相連的憶阻器存儲的權重為Wk m,與WLk信號對應的輸入為Xk,其中,m是列標記,k是行標記,則BLm信號對應的運算結果OUTm,如公式1所示:
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