パルス位相による非線形ダイナミクスを用いた脳型集積システムの研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13835005
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 森江 隆 九州工業大学, 大学院・生命体工学研究科, 教授 (20294530)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩田 穆 広島大学, 大学院・先端物質化学研究科, 教授 (30263734)
• Keywords: スパイキングニューロン / 積分・発火型ニューロン / グローバル抑制ニューロン / パルス幅変調方式 / ホップフィールドネットワーク

Research Abstract

1.パルス変調方式脳型情報処理回路の設計
昨年度開発したスパイキングニューロンモデルによる脳型情報処理アルゴリズムをCMOSLSIで実現するために,CMOS要素回路を設計した。ニューロン発火部分は,スパイキングニューロンモデルの特徴である後シナプス電位(PSP)発生を制御性良く実現するために,インバータチェーンによる時間遅延回路を組み合わせ,PSPの立ち上がりおよび立ち下がりの各時間を個別に設定できる回路を考案・設計し,回路シミュレーションにより動作を検証し,回路レイアウトを行った。シナプス部については,荷重をキャパシタに蓄積した電荷により表現するために,高精度に電荷蓄積・更新ができるチャージポンプ回路を考案・設計し,実回路で動作検証を行った。
2.パルスタイミングによる非線形ダイナミクスを利用した画像処理LSIの開発
パルスタイミングによる非線形ダイナミクスを利用した画像処理の例として,画像領域分割・抽出を行う非線形振動子ネットワークLSIを設計・試作し,動作を確認した。本項目は,1999〜2000年度に実施した科研費・基盤研究Bの発展研究の一部である。この研究により,非線形ダイナミクス回路をパルス変調回路で,荷重記憶・制御部をデジタル方式で実現するアナログ・デジタル融合/混載アーキテクチャを開発した。
3.多重ナノドットによるスパイキングニューロン回路の設計
ポストCMOS世代での回路設計技術として,ナノテクノロジーによる自己組織化技術によりナノドットを形成する手法を利用して,効率的かつ超低消費電力でPSP発生を行えるスパイキングニューロン回路を考案し,単電子回路シミュレータにより,設計・検証した。

Research Products

• [Publications] T.Morie, T.Matsuura, M.Nagata, A.Iwata: "A Multi-nanodot floating-gate MOSFET circuit for spiking neuron models"The 2002 Silicon Nanoelectronics Workshop. 53-54 (2002)
• [Publications] H.Ando, T.Morie, M.Nagata, A.Iwata: "An Image Region Extraction LSI Based on a Merged/Mixes-Signal Nonlinear Oscillator Network Circui"28th European Solid-State Circuits Conference (ESSCIRC2002). 703-706 (2002)
• [Publications] 佐々木寛弥, 森江隆, 伊井慎一郎, 岩田穆: "パルスタイミングに基づくスパイキングホップフィールドネットワークによる高速連想メモリ"電子情報通信学会技術研究報告. NC2002. 81 (2002)