Устройство для моделирования нейросетей

 

Использование: моделирование нейронных сетей средствами аналоговой вычислительной техники. Сущность изобретения: устройство содержит п операционных усилителей (1), две группы токопроводящих шин (2,4), двумерную программируемую матрицу, выполненную в виде пластины (3) с конусными отверстиями

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е С К ИХ . РЕСПУБЛИК (51)5 6 06 G 7/60

ГОСУДАРСТВЕННОЦ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4728048/24 (22) 07.08.89 (46) 23.12.92. Бюл. № 47 (71) Одесский государственный университет им.И.И. Мечникова (72) Е.И. Йазаров (56) Абу-Мостафа Я.; Псалтис Л. Оптйческие нейронно-сетевые компьютеры. — В мире науки, 1987. № 5. с.42-50, Дейвид У.Тенк, Джон Дж.Хопфилд. Коллективные вычисления в нейроноподобных электронных схемах, — В мире науки, 1988.

¹ 22, с.44-53. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

НЕЙРОСЕТЕЙ

„„ЯЦ „„1783553 А1

2 (57) Использование: моделирование нейровных сетей средствами аналоговой вычислительной техники.. Сущность изобретения: устройство содержит и операционных усилителей (1), две группы токопроводящих шин (2,4), двумерную программируемую матрицу, выполненную в виде пластины (3) с конусными отверстиями (5), на поверхности которых нанесен слой проводящего матерйала (6). две группы переключателей (7,10), источник постоянного тока (8), группу дополнительных токопроводящих шин (9), диэлектрическйй корпус (11,12). 2 ил.

1783553

3 4

Предполагаемое устройство относится пластине выполнены конусные отверстия, к вычислительной технике, может быть ис- на внутренние поверхности которых нанепользовано при создании аналоговых вы- сен слой проводящего материала, програмчислительных машин, моделирующих мируемая матрица соединений укреплена нейронные сети, вычисления в которых осу- 5 внутри заполненного раствором электролиществляются по принципу коллективного та диэлектрического корпуса параллельно принятия решений. его основанию, группа дополнительных тоИзвестен нейронно-сетевой компью- копроводящих шин закреплейа в диэлекттер. Устройство состоит из двух основных рическом корпусе над матрицей компонентов; первый — это двумерная мат.— 10 соединений параллельно первой группе ее рица оптических переключаюЩих элемен- шин, между дополнительными токопрово тов, второй — это голограмма, С помощью дящйми шинами группы установлены.изокоторой задаются связи между элементами. лирующие перегородки, токопроводящие

Недостатками устройства являются шины столбцов программируемой матрицы сложность оптико-электронногооборудова- 15 соединений подключены через первую

: ния. " .... - .. группу переключателей к выходам соответНаиболее близким по технической сущ- ствующих операционных" усйлителей, соености и достигаемому результату является диненных входами с cîîòâåòñòâóþùèìè устройство для коллективных вь1чйслений токопроводящими шинами строк програм-. наосновемикроэлектроники; СБИС коллек- 20 мируемой матрицы соединений и к шинам-тивното решения. Схема содержит 22 усили- .положительного и "отрицательного опортеля и- двумерную матрицу соедйнений, ных напряжений устройства,:которые через . каждое из которых представляет электриче-. переключатели второй группы подключены ски программируемую электронную схему. к соответствующим дополнительным токо-:.

Однако для практического использова- 25 проводящим шинам. группы. ния такие схемы должны быть достаточно На фиг. t изображено предлагаемое усбольшими, насчитЫвающими сотни и даже тройство, общий вид; на фиг,2 — пример тысячи "нейронов", и, поскольку последние конкретной реализации устройства. должны быть связаны по принципу "каждый Устройство для моделирования нейрос каждым", схемы могут содержать сотни 30 сетей содержит п операционных усилителей тысяч или даже миллионы соединений. Спо- ..1, входы которых подключены к шинам 2 соб задания связей в таком устройстве тре" двумерной программйруемой матрицы. (На бует использования соответственно от фиг.1 и 2 для простоты представлена просотен тысяч до миллионов отдельных элект- граммируемая матрица с тремя:операцион -ронных схем, что практически невозможно 35 ными усилителями). Двумерная .: реализовать. Поэтому, чтобы создать уни- программируемая матрица выполнена в ви- . версальные схемы, нужно располагать про- де пластины 3 из диэлектрического матери-.

- стым методом задания определенной . ала,собеихсторонкоторойрасположеныво величины силы связи между "нейронами". взаимно перпендикулярных направлениях

Целью изобретения является расшире- 40 две группы основных токопроводящих шин: ние функциональных возможностей за счет. —. 2 и 4, в местах пересечения которых вымоделирования нейросистем с неограни- полнены конусные отверстия 5, при этом ченным числом связей. основания койусов находятся на шинах 2, Указанная цель достигается тем, что ус- На поверхность конусных отверстий 5 нане- . тройство для моделирования нейросетей, 45 сен тонкий слой проводящего материала 6 содержащее программируемую матрицу, к такйм образом, чтобы сопротивление между

-внешним выводам строк и столбцов которой шинами 2 и 4 в точках пересечения было подключены операционные усилители, co-" достаточно большим и составляло нескольдержит заполненный раствором электроли- ко сот кОм. К шинам 4 через переключатели та диэлектрический корпус, две группы 50 первой группы 7 подсоединяются либо вы- основных токопроводящих шин, первую и ходы операционных усилителей либо источвторую группу переключателей, причем ник постоянного тока. Над матрицей программируемая матрица соединений вы- параллельно шинам 2 закреплены дополни полнена в виде диэлектрической пластины, тельные токопроводящие шинй 9, Связанна противоположных плоскостях которой 55 ные через вторую группу переключателей 10 размещены во взаимно перпендикулярных с источником постоянного тока. Между донаправлениях вдоль строк и столбцов мат- . полнительными шинами установлены диэрицы соответственно первая и вторая груп- лектрические перегородки. Шины 9 и пы токопроводящих шин, в местах двумерная программируемая матрица запересечения которых .на диэлектрической

1783553 тока. Матрица готова к работе, т,е. к решеключены в диэлектрический корпус 11,12, заполненный раствором электролита. нию задачи.

Матрица может быть выполнена в не- Анализируемый образ, представленный скольких вариантах. в виде распределения электрических потен1. В качестве проводящего материала 6, 5 циалов, подается на входы операционных нанесенного на поверхность конуса, ис- усилителей(шины 2). В результатесуммиропользован тонкий слой платины или родия, вания входных токов и токов, поступаюЩих шины 9 изготовлены из меди, корпус 11 на входы операционных усилителей по це- заполнен раствором электролита — серно- . пям обратной связи; задаваемым програм-,кислая медь с добавкой веществ, способст- 10 мируемой матрицей, операционные вующихосаждению металла. усилители переходят в новое состояние.

2. В качестве проводящего материала, При этом на выходах операционных усилинанесенного на поверхность конуса, — элек- телей (на шинах 4) возникает определенное тропроводящая пленка; например, из поли- распределение потенциалов, причинно свяанилина; матрица и шины над ней 15 занноесраспределениемвходныхсигналов помещены в корпус, заполненный раство- . и связей, заданных программируемой матром хлорида анилина в соляной кислоте.. рицей; Данное распределение является реВ качестве переключателей (фиг.2) ис- зультатом коллективного взаимодействия, пользованы микросхемьк управляемый ана- эквивалентного вычислительному процессу. логовый четырехканальный коммутатор 20 Преимущество предлагаемого процесса

КР590КНЗ (блок 13) и четырехканальный для моделирования нейросетей заключаетключ со схемой управления каждым кана- ся в упрощении технологического изготовлом КР590КН5(блок 7), блок15 — микросхе-- ления нейроподобных Сетей, а также и ма КР590КНЗ, воэможности объединения их в трехмерные

Устройство работает следующим обра- 25 структуры пакетного типа. Все это поэволязом, ет изготавливать нейроноподобные сети с

Предварительно, перед решением оче- . практически неограниченным числом свяредной задачи матрицу программируют;зей. Современная технология дает воэмож(программирование осуществляется аппа- .йость разместить 10000 управляемых ратными средствами, а не системой ко- 30 элементов на 1 кв. см, манд), т.е, задают определенные значения Ф о р мула из о бр ете н и я величины сопротивления в точках пересече- . Устройство для моделирования нейрония шин матрицы, обеспечивая требуемую: .сетей, содержащее йрограммйруемую матвеличины силы связи соединений между,:., рицу, к внешним выводам строк и столбцов входом i-ro и выходом j-го операционных. 35 которой подключейы операционные усилиусилителей 1, для этого по коду, заданному тели, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью блокам 13 и ключам 7 (фиг.2), соответствую- - расширения функциональных возможнощие шины 4 и 9 поочередно подключаются стей за счет моделирования нейросетей с к источнику постоянного тока и заряжают .неограниченным числом связей, оно содерконденсаторы 14, при этом к шинам 9 под- .40 жит заполненный раствором электролита ключается плюс, а к шинам 4 — минус. Ток диэлектрйческий корпус, две группы основпротекает через раствор электролита и вы- ных токопроводящих шин, группу дополни зываетосаждение меди на стенкахконусов TellbHbix токопроводящих шин, первую и (B первом случае), что приводит к уменьше- вторую группы переключателей, причем нию сопротивления между шинами 2 и 4 в 45 программируемая матрица соединений высоответствующих точках, После решения . полнена в виде диэлектрйческой пластины, эадачитотх<екодзадаетсяблоку15.Токпри на йротивойоложных плоскостях которой этом протекает в обратном направлении, размещены во взаимно перпендикулярных осажденная на стенках конусов медь рас- направлениях вдоль строк и столбцов маттворяется, и сопротивление между шинами 50 рицы соответственно первая и вторая груп2 и4увеличивается, восстанавливая перво- пы токопроводящих шин, е местах начальное состояние матрицы. - пересечения которых на диэлектрической

Порядок работы при программирова- пластине выполнены конусные отверстия, нии матрицы и для второго случая остается на внутренние поверхности которых наненеизменным, хотя процессы, протекающие 55 сен слой проводящего материала, програмв устройстве, имеют иной характер.. мируемая матрица соединений укреплена

После того, как матрица запрограмми- внутри заполненного раствором электролирована, шины 4 подключают к выходам one- та диэлектрического корпуса параллельно рационных усилителей 1, при этом шины 4 его основанию, группа допогнительных тои 9 отключают от йсточника постоянного копроводящих шин закреплена в диэлекте

1783553

l !

Фи Г

Составитель Е,Назаров

Техред M,Màðãåíòàë

Корректор О, Густи-, Редактор Б, Иванова

Заказ 4518 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, ужгород; ул.Гагарина, 101 рическом корпусе над матрицей соединений параллельно группе ее шин, между дополнительными токопроводящими шинами группы установлены изолирующие перегородки, токопроводящие шины столбцов программируемой матрицы соединений подключены через первую rpynnó переключателей к выходам соответствующих операционных усилителей, соединенных входами с соответствующими токопроводящими шинами строк программируемой матрицы соединений, и к шинам положительного и отрицательного опор5 ных напряжений устройства, которые через переключатели второй группы подключены к соответствующим дополнительным токопроводящим шинам группы.

d +