Структура микросхем, реализующих НС элементы

Специализированные цифровые нейронные кристаллы реализуют архитектуру, основанную на сочетании небольших процессорных блоков и матричных элементов памяти. Такая архитектура использует специфическую особенность НС: массовое, параллельное, многократно повторяемое умножение матрицы на вектор. В ОЗУ таких микросхем сохраняются матрицы весовых коэффициентов и входные вектора. Управление осуществляется с использованием специальных команд:

o загрузка весовых коэффициентов и данных;

o движение информации через память весов;

o коррекция весовых коэффициентов.

Технологические особенности микросхем ограничивают количество межнейронных связей; поэтому появилось несколько типов микросхем, отличающихся способами организации связи между нейронами. Наиболее просто организованы клеточные НС, структура ячеек которых показана на рис.23.1. Такая структура образована непосредственными связями нейрона только с ближайшими нейронами и магистральной связью с другими ячейками нейронов.

Рис.23.1. Структура ячейки клеточной НС

Один из возможных вариантов организации многослойной НС на основе клеточных НС микросхем приведен на фрагменте А рис.23.2.

Рис.23.2. Многослойная клеточная НС и мультиплексная НС интегральная схема

Распознавание изображений и другие высоко информативные задачи требуют использования НС с большим количеством нейронов. При этом возникает проблема большого числа входов и выходов интегральных микросхем, реализующих НС. Мультиплексирование, то есть использование одних и тех же выводов микросхемы для передачи различных сигналов за счет их временного чередования, позволяет решать эту проблему. На фрагментах В и С рис.23.2 приведены соответственно электрическая и структурная схемы мультиплексной НС интегральной схемы. Схема организации вычислительных процессов в мультиплексной НС интегральной микросхеме приведена на рис.23.3. Такая схема позволяет организовать вычисления синхронно с поступающей входной информацией и сократить число вычислительных элементов.

Рис.23.3. Схема организации вычислительного процесса

В настоящее время, микросхемы, реализующие НС элементы, используют для разработки нейросетевых компьютеров, представляющих собой результат интеграции обычных последовательных ЭВМ и нейросетевых плат.