پياده سازي شبكه هاي عصبي اسپايكي روي fpga

كارشناسي ارشد

مهندسي نئورومورفيك به معناي طراحي تراشه‌هاي الكترونيكي با ساختار الهام گرفته شده از مغز انسان است. معماري تراشه‌هاي مبتني بر مهندسي نئورومورفيك به ‌منظور بهبود و سرعت بخشيدن به محاسبات يادگيري ماشين، هوش مصنوعي و عمليات شناختي ساخته شده اند. تراشه‌هاي نئورومورفيك با تقليد از جنبه عملكردي مغز نسبت به معماري پردازشي وان-نيومن از نظر مصرف انرژي كارايي بهتري دارند. اين معماري‌ها مبتني بر عناصر پردازشي توزيع شده (نورون) و حافظه توزيع شده (سيناپس) با الهام از مدل بيولوژيكي مغز انسان است. از تركيب اين عناصر پردازشي شبكه‌هاي عصبي اسپايكي ايجاد مي‌شوند. يكي از عمليات شناختي مهم در مغز انسان حافظه انجمني عصبي است. اين حافظه قادر است حجم زيادي از اطلاعات را بخاطر سپرده و آنها را با حداقل خطا بازيابي كند. تاكنون چندين معماري براي حافظه انجمني عصبي معرفي شده است، از جمله حافظه انجمني هاپفيلد، دوسويه و تنك. با اين حال، مشكل حافظه انجمني هاپفيلد و دوسويه ظرفيت پايين آنها است. در اين تحقيق يك مدل سخت افزاري ديجيتال بهبود يافته از نورون به عنوان عنصر پردازشي ارائه شده است. پياده سازي اين نورون با توجه به يكي از مدل‌هاي بيولوژيكي ارائه شده براي نورون‌ها تحت عنوان مدل جمع و آنش نشتي صورت گرفته است. يكي ديگر از چالشهاي پياده سازي منابع محدود سخت افزاري است. نورون بهبود يافته تا 50 درصد مصرف منابع سخت افزاري را نسبت به كارهاي مشابه بهبود بخشيده و از دقت قابل قبولي برخوردار است. در نهايت از اين عنصر پردازشي براي ساخت و پياده سازي يك معماري شبكه عصبي اسپايكي تحت عنوان WTA بكار گرفته شده است. از ويژگي‌هاي معماري WTA مقاومت بالا در برابر نويز است، جهت ارزيابي اين معماري از نويز تصادفي ايجاد شده توسط نرم افزار بر روي الگوهاي پيشنهادي استفاده شده است. در معماري پيشنهادي براي شبكه عصبي اسپايكي با بكارگيري مدل بهبود يافته ارائه شده تا 27 درصد بهبود در تشخيص الگو حاصل شد. حداكثر فركانس گزارش شده براي نورون بهبود يافته پياده سازي شده برابر 576 مگاهرتز و براي شبكه عصبي WTA برابر 314 مگاهرتز است. در ادامه با استفاده از ماژولهاي WTA يك حافظه انجمني با عنوان حافظه سازماندهي شده ستوني (COM) با الهام گرفتن از ساختار نئوكورتكس مغز پياده سازي شده است كه علاوه بر اينكه داراي ظرفيت بالايي بوده، در برابر نويز و حذف داده مقاوم است.

194519

دانشگاه علم و صنعت ايران

الكترونيك - طراحي مدارهاي مجتمع آنالوگ و ديجيتال

دكتر شهريار برادران شكوهي