本發(fā)明涉及微納電子器件，特別是一種基于光電憶阻器的小規(guī)模儲(chǔ)備池計(jì)算方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、基于傳統(tǒng)馮諾依曼架構(gòu)的光學(xué)處理系統(tǒng)是傳感器、存儲(chǔ)器與處理器分置的架構(gòu)，信號(hào)采集過程需要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換、編碼、傳輸與存儲(chǔ)等諸多中間過程，并且計(jì)算過程數(shù)據(jù)需在存儲(chǔ)器與處理器之間頻繁交換，造成功耗墻與存儲(chǔ)墻的產(chǎn)生。隨著人工智能時(shí)代的到來，光學(xué)信息處理需求呈爆炸式增長(zhǎng)，對(duì)當(dāng)前處理系統(tǒng)造成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

2、光電憶阻器是一種新型微納器件，它能夠同時(shí)接受光信號(hào)和電信號(hào)的激勵(lì)而發(fā)生阻值轉(zhuǎn)變，并且具備突觸可塑性，能夠模擬生物視網(wǎng)膜進(jìn)行光學(xué)信息傳感并進(jìn)行預(yù)處理。這種感存算一體化處理方式相較于傳統(tǒng)圖像處理分置架構(gòu)具有顛覆性意義，具有重要的應(yīng)用前景。但是光電憶阻器的激勵(lì)信號(hào)具有光電兩種維度，器件特性調(diào)制復(fù)雜，其預(yù)處理功能仍需要進(jìn)一步開發(fā)。

3、儲(chǔ)備池計(jì)算是遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)擴(kuò)展，將原網(wǎng)絡(luò)的隱含層替換為具有記憶功能的存儲(chǔ)池單元，能夠?qū)r(shí)序信息轉(zhuǎn)換為高維度的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，使網(wǎng)絡(luò)具有時(shí)序數(shù)據(jù)的處理能力。該網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)在于儲(chǔ)備池內(nèi)部的權(quán)重保持不變，因此只需要對(duì)線性的全連接輸出層進(jìn)行權(quán)值更新，能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的難度與資源消耗。目前，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬件實(shí)現(xiàn)過程中，如何利用微納器件自身的物理特性高效實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)備池單元，并且有效降低網(wǎng)絡(luò)規(guī)模資源需求仍是業(yè)界挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述傳統(tǒng)方法中存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于光電憶阻器的小規(guī)模儲(chǔ)備池計(jì)算方法以及一種基于光電憶阻器的小規(guī)模儲(chǔ)備池計(jì)算系統(tǒng)，能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)規(guī)模資源需求。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例采用以下技術(shù)方案：

3、一方面，提供一種基于光電憶阻器的小規(guī)模儲(chǔ)備池計(jì)算方法，包括：

4、將儲(chǔ)備池計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的光電憶阻器陣列中的器件調(diào)制到相同的初始化電導(dǎo)狀態(tài)；儲(chǔ)備池計(jì)算網(wǎng)絡(luò)包括光學(xué)圖像接收陣列和后端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，光學(xué)圖像接收陣列為多個(gè)光電憶阻器組成的光電憶阻器陣列；

5、將待處理的光學(xué)圖像按照四個(gè)像素為一組轉(zhuǎn)換為多通道的光序列信號(hào)，采用多通道光源產(chǎn)生脈沖序列將光序列信號(hào)同時(shí)照射到對(duì)應(yīng)的光電憶阻器陣列中；光學(xué)圖像接收陣列中光電憶阻器的個(gè)數(shù)與通道數(shù)相同，光電憶阻器與通道一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)光電憶阻器對(duì)應(yīng)光學(xué)圖像的四個(gè)像素；

6、讀取光學(xué)圖像接收陣列的狀態(tài)變化，得到儲(chǔ)備池計(jì)算結(jié)果并轉(zhuǎn)換為后端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所需的輸入格式；

7、將儲(chǔ)備池計(jì)算結(jié)果輸入至后端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，完成當(dāng)前層網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算；

8、讀取當(dāng)前層網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算的輸出結(jié)果作為對(duì)光序列信號(hào)的當(dāng)前層網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算得到的分類識(shí)別結(jié)果。

9、另一方面，提供一種基于光電憶阻器的小規(guī)模儲(chǔ)備池計(jì)算系統(tǒng)，包括：

10、初始化模塊，用于將儲(chǔ)備池計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的光電憶阻器陣列中的器件調(diào)制到相同的初始化電導(dǎo)狀態(tài)；儲(chǔ)備池計(jì)算網(wǎng)絡(luò)包括光學(xué)圖像接收陣列和后端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，光學(xué)圖像接收陣列為多個(gè)光電憶阻器組成的光電憶阻器陣列；

11、信號(hào)輸入模塊，用于將待處理的光學(xué)圖像按照四個(gè)像素為一組轉(zhuǎn)換為多通道的光序列信號(hào)，采用多通道光源產(chǎn)生脈沖序列將光序列信號(hào)同時(shí)照射到對(duì)應(yīng)的光電憶阻器陣列中；光學(xué)圖像接收陣列中光電憶阻器的個(gè)數(shù)與通道數(shù)相同，光電憶阻器與通道一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)光電憶阻器對(duì)應(yīng)光學(xué)圖像的四個(gè)像素；

12、狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊，用于讀取光學(xué)圖像接收陣列的狀態(tài)變化，得到儲(chǔ)備池計(jì)算結(jié)果并轉(zhuǎn)換為后端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所需的輸入格式；

13、后端輸入模塊，用于將儲(chǔ)備池計(jì)算結(jié)果輸入至后端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，完成當(dāng)前層網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算；

14、結(jié)果輸出模塊，用于讀取當(dāng)前層網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算的輸出結(jié)果作為對(duì)光序列信號(hào)的當(dāng)前層網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算得到的分類識(shí)別結(jié)果。

15、又一方面，還提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，處理器執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述基于光電憶阻器的小規(guī)模儲(chǔ)備池計(jì)算方法的步驟。

16、再一方面，還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述基于光電憶阻器的小規(guī)模儲(chǔ)備池計(jì)算方法的步驟。

17、上述技術(shù)方案中的一個(gè)技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

18、上述基于光電憶阻器的小規(guī)模儲(chǔ)備池計(jì)算方法及系統(tǒng)，通過采用光電憶阻器作為基本處理單元，實(shí)現(xiàn)光學(xué)信息的傳感、存儲(chǔ)與計(jì)算于一體。利用光電憶阻器的自身的易失特性以及不同狀態(tài)下對(duì)相同激勵(lì)的響應(yīng)不同的物理特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同光信號(hào)序列的儲(chǔ)備池計(jì)算。將不同光信號(hào)施加于器件之后，器件經(jīng)儲(chǔ)備池計(jì)算后表現(xiàn)出不同的響應(yīng)狀態(tài)而實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的感知、存儲(chǔ)以及向電平信號(hào)的計(jì)算轉(zhuǎn)換。據(jù)此，將多個(gè)光電憶阻器組成器件陣列，建立存儲(chǔ)池計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，在訓(xùn)練后即可用于實(shí)現(xiàn)對(duì)光序列信號(hào)的分類識(shí)別，有效降低了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模資源需求。

技術(shù)特征：

1.一種基于光電憶阻器的小規(guī)模儲(chǔ)備池計(jì)算方法，其特征在于，包括步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光電憶阻器的小規(guī)模儲(chǔ)備池計(jì)算方法，其特征在于，當(dāng)所述儲(chǔ)備池計(jì)算網(wǎng)絡(luò)為多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)，讀取當(dāng)前層網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算的輸出結(jié)果作為對(duì)光序列信號(hào)的當(dāng)前層網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算得到的分類識(shí)別結(jié)果的步驟之后，跳轉(zhuǎn)至所述將待處理的光學(xué)圖像按照四個(gè)像素為一組轉(zhuǎn)換為多通道的光序列信號(hào)，采用多通道光源產(chǎn)生脈沖序列將所述光序列信號(hào)同時(shí)照射到對(duì)應(yīng)的光電憶阻器陣列中的步驟，進(jìn)行所有層網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算獲得最后輸出的分類識(shí)別結(jié)果后，完成對(duì)所述光序列信號(hào)的分類識(shí)別。

3.一種基于光電憶阻器的小規(guī)模儲(chǔ)備池計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于光電憶阻器的小規(guī)模儲(chǔ)備池計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述儲(chǔ)備池計(jì)算網(wǎng)絡(luò)為多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)，所述結(jié)果輸出模塊跳轉(zhuǎn)至所述信號(hào)輸入模塊，進(jìn)行所有層網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算獲得最后輸出的分類識(shí)別結(jié)果后，完成對(duì)所述光序列信號(hào)的分類識(shí)別。

5.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1或2所述基于光電憶阻器的小規(guī)模儲(chǔ)備池計(jì)算方法的步驟。

6.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1或2所述基于光電憶阻器的小規(guī)模儲(chǔ)備池計(jì)算方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及基于光電憶阻器的小規(guī)模儲(chǔ)備池計(jì)算方法及系統(tǒng)，通過采用光電憶阻器作為基本處理單元，實(shí)現(xiàn)光學(xué)信息的傳感、存儲(chǔ)與計(jì)算于一體。利用光電憶阻器的自身的易失特性以及不同狀態(tài)下對(duì)相同激勵(lì)的響應(yīng)不同的物理特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同光信號(hào)序列的儲(chǔ)備池計(jì)算。將不同光信號(hào)施加于器件之后，器件經(jīng)儲(chǔ)備池計(jì)算后表現(xiàn)出不同的響應(yīng)狀態(tài)而實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的感知、存儲(chǔ)以及向電平信號(hào)的計(jì)算轉(zhuǎn)換。據(jù)此，將多個(gè)光電憶阻器組成器件陣列，建立存儲(chǔ)池計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，在訓(xùn)練后即可用于實(shí)現(xiàn)對(duì)光序列信號(hào)的分類識(shí)別，有效降低了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模資源需求。

技術(shù)研發(fā)人員：徐一峰,羅子涵,伊奇帥,張凱鳴,湯旭冉,李楠,王偉,孫毅,王琴
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19