Устройство для моделирования нейросетей

(19)(11) СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКРЕСПУБЛИК 3 А ОСУДАРСТВЕННОЦ ПАТВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ц 5 0 06 6 ТНОЕ ПИСАН ЗОБ ТЕНИЯ ИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКО ый универси тис Л. Оптйческие ютеры. - В мире Дж.Хопфилд. Колнейроноподобных мире науки, 1988,ДЕЛИРОВАНИЯ 1(56) Абу-Мостафа Я.; Псалнейронно-сетевые компьнауки, 1987. И. 5. с.42-50,Дейвид У,Тенк, Джонлективные вычисления вэлектронных схемах, - ВМ 2, с,44-53.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНЕЙРОСЕТЕЙ 2(57) Использование; моделирование нейровных сетей средствами аналоговой вычислительной техники Сущность изобретения: устройство содержит и операционных усилителей (1), две группы токо- проводящих 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 4Предполагаемое 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 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 дополнительнымитокопрово тов, второй - это голограмма, С помощью дящйми шинамигруппы установлены.изокоторой задаются связи между элементами. лирующие перегородки, токопроводящиеНедостатками устройства являются шины столбцов программируемой матрицысложностьоптико-электронногооборудова 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 соответствующими устройство для коллективных вь 1 чйслений токопроводящими шинамистрок програм-наосновемикроэлектроники; СБИС коллек мируемой матрицы соединений и к шинамтивното решения.Схема содержит 22 усили- положительногои 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 проводящим шинам. группы;ния такие схемы должны быть дбстаточно На фиг.1 изображено предлагаемое усбольшими, насчитывающими сотнии 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 содержитп операционных усилителей тысяч или даже миллионы соединений, Спо, входы кОторых подключены к шинам 2 соб задания связей в таком устройстве тре" двумерной программйруемой матрицы. На бует использования соответственно отфиг.1 и 2 для простоты представлена просотен тысяч до миллионов отдельных элект- граммируемая матрица с тремяоперацион-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 материстым методом задания определенной . ала,собеихсторонкоторойрасположеныво величины силы связи между "нейронами". взаимно перпендикулярных направленияхЦелью изобретения является расшире две группы основных токопроводящих шин:ние функциональнь 1 х 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 6содержащее программируемую матрицу, к такйм образбм, чтобы сопротивление между .внешним выводам строк и столбцов которой шинами 2 и 4 в точКах пересечения было подключены операционные усилители, со-" достаточно большим и составляло несколь- держит заполненный раствором электроли- ко сот кОм. Кшинам 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 шины 9, Связанна противоположных плоскостях которой 55 ные через вторую группу переключателей 10 размещены во взаимно перпендикулярных с источником постоянного тока. Междудонаправлениях 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 диэлектрической1783553 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, представленныйскольких вариантах. в виде распределения электрических потен 1, В качестве проводящего материала 6, 5 циалов, подается на входы операционныхнанесенного на поверхность конуса, ис- усилителей(шины 2). В результатесуммиропользован тонкий слой платины или родия, вания входных токов и токов,поступаюЩихшины 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 мируемой матрицей, операционныевующихосаждению 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 определенноетропроводящая пленка; например, из поли- распределение потенциалов, причинно свяанилина; матрица и шины над ней 15 занноесраспределениемвходныхсигналовпомещены в корпус, заполненный раство- . и связей, заданных программируемой матром хлорида анилина в соляной кислоте рицей; Данное распределение является реВ качестве переключателей (фигк 2) ис- зультатом коллективного взаимодействия,пользованы микросхемьк управляемый ана- эквивалентного вычислительному процессу.логовый четырехканальный коммутатор 20 Преимущество предлагаемого процессаКР 590 КНЗ (блок 13) и четырехканальный для моделирования нейросетей заключаетключ со схемой управления каждым кана-ся в упрощении технологического изготовлом КР 590 КН 5(блок 7), блок 15 - микросхе ления нейроподобных Сетей, а также има КР 590 КНЗ, воэможности объединения их в трехмерныеУстройство работает следующим обра структуры пакетного типа, Все это поэволязом, ет изготавливать нейроноподобные сети сПредварительно, перед решением оче- . практически неограниченным числом свяредной задачи матрицу программируют;зей, Современная технология дает возмож.(программирование осуществляется аппа- .йоса разместить 10000 управляемыхратными средствами, а не системой ко элементов на 1 кв. см,манд), т.е, задают определенные значения Ф о р мула изобретен и явеличины сопротивления в точках пересече- . Устройство для моделирования нейронияшин матрицы, обеспечивая требуемую: .сетей, содержащее йрогхраммйруемую матвеличины силы связи соединений между,:., рицу, к внешним выводам строк и столбцоввходом 1-го и выходом )-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 цельюблокам 13 и ключам 7 (фиг.2), соответствую-: расширения функциональных возможнощие шины 4 и 9 поочередно подключаются стей за счет моделирования нейросетей ск источнику постоянного тока й заряжают .неограниченным числом связей, оно содерконденсаторы 14, при этом к шинам 9 под- .40 жит заполненный раствором электролитаключается 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 стенках конусов тельных токопроводящих шин, первую ив первом случае), что приводит куменьше- вторую группы переключателей, причемнию сопротивления между шинами 2 и 4 в 45 программируемая матрица соединений высоответствующих точках, После решения . полнена в виде диэлектрйческой пластины,задачи тот же код задается блоку 15. Ток при на йротивойоложных плоскостях которойэтом протекает в обратном направлении, размещены во взаимно перпендикулярныхосажденная на стенках конусов медь рас- направленияхвдоль строк и столбцов маттворяется, и сопротивление между шинами 50 рицы соответственно первая и вторая груп 2 и 4 увеличивается, восстанавливая перво- пы токопроводящих шин, е местахначальноесостояние матрицыпересечения которых на диэлектрическойПорядок 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 укрепленаПосле того, как матрица запрограмми- . внутри заполненного раствором электролирована, шины 4 подключают к выходам опе- та диэлектрического корпуса параллельнорационных усилителей 1, при этом шины 4 его основанию, группа допогнительных тон 9 отключают от источника постоянного копроаодящих шин аакраплана а диалакторректо Тираж Подписноесударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб., 4/5 Заказ 4518" ВНИИПИ изводственно-издательский комбинат "Патент", т. ужгород; ул.Гагарина 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 группу переключателей к выходам соответствующих операционных усилителей, соединенных входами с соответствующими токопроводящими шинами строк программируемой матрицы соединений, и к шинам положительного и отрицательного опор ных напряжений устройства, которые через переключатели второй группы подключены к соответствующим дополнительным токопроводящим шинам группы.д +