多次元情報生体的処理システムの研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07248105
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 石原 宏 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (60016657)
• 研究分担者: 柴田 直 東京大学, 工学部, 教授 (00187402) ; 岩田 穆 広島大学, 工学部, 教授 (30263734) ; 米津 宏雄 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (90191668) ; 鳳 紘一郎 東京大学, 工学部, 教授 (60211538) ; 雨宮 好仁 北海道大学, 工学部, 教授 (80250489)
• キーワード: ニューラクネットワーク / カオス / 集積回路 / シリコン / イメージセンサ / 強誘電体

研究概要

強誘電体をゲート絶縁膜に用いたMFSFETを組み込んだパルス周波数変調型ニューロン発振回路を作製し、強誘電体に記憶させた初期情報により、同じ刺激信号を与えても出力の発振周波数が異なることを実証した。
ニューロンMOSデバイスと決定グラフを組み合わせた多値論理システムを提案した。本方式によれば、バイナリ回路を使って多値論理回路を構成することができる。シミュレーションによって動作を確認した。
トランジスターキャパシタ対のカオス生成素子2個の結合による、ボルツマンマシン用ランダム出力発生回路を提案、実証すると共に、CMOSマルチバイブレータ型カオス生成集積回路を試作し、動作を検証した。
脳の特徴抽出機構への入力を作り出す網膜機能の中で、外網膜機能について、集積回路化を試みた。PDとMOSチャネルを用いて視細胞間に個別配線のない単純な構造を考案・試作した。エッジ検出機能が確認され、明るさに応じて受容野が変わる機能も確認された。
PWM信号を用いて特徴抽出機能を持つCMOSイメージセンサと、2次元画像の部分的な特徴を連想する回路を提案し、これらを搭載した15x15mmのCMOSフルカスタムチップを設計した。又、PWMを用いて制御性の良い非線形回路を提案し、これを応用したカオス発生回路を設計し、回路シミュレーションにより理論値に近い動作特性を確認した。
前年度CMOSデジタル回路で実現した連想プロセッサチップを、νMOS回路を用いて再設計を行い、チップ面積が約1/8に縮小できることを実証するとともに、チップ試作によりその動作を確認した。

研究成果

• [文献書誌] E.Tokumitsu, R.Nakamura and H.Ishiwara: "Nonvolatile memory operations of metal-ferroelecric-insulator-semiconducor (MFIS) FET'S Using PLZT/STO/Si (100) struc-tures" IEEE Electron Device Lett.,. 18・4. 160-164 (1997)
• [文献書誌] H.Ishiwara,: "Current status and prospects ofMFSFETs and related devices" Integrated Ferroelectrics. 17. 11-20 (1997)
• [文献書誌] 石原宏: "強誘電体ゲートFETの作製とニューロン回路への応用" 応用物理. 66・12. 1335-1340 (1997)
• [文献書誌] Akazawa M., Shibata N. and Amemiya Y: "Annealing method foroperating quantum-cellular-automaton systems" J.Appl.Phys.,. 82・10. 5176-5184 (1997)
• [文献書誌] 柴田直人、朝日昇、雨宮好仁: "ニューラルネットワークによる関数解析" 電気学会論文誌C. 117-C・8. 1134-1139 (1997)
• [文献書誌] 池辺将之、亀石浩司、雨宮好仁: "図形の細線化・縮退処理を行うニューロMOSセルオートマン回路" 電気学会論文誌C. 117・5. 548-553 (1997)
• [文献書誌] J.K.Shin, E.Io, K.Tsuji, T.Sugiura H.Yonezu, and N.Ohshima: "A Novel Optical Adaptive Neuro-Device Using a Split-Gate MOS Transistor" Jpn.J.Appl.Phys.36・3B. 1407-1410 (1997)
• [文献書誌] M.Nagata, J.Funakoshi and A.Iwata: "A PWM Signal Processing Core Circuit Based on a Switched Current Integration Technique" IEEE Journal of Solid-State Circuits. 33・1. 53-59 (1998)
• [文献書誌] T.Morie, S.Sakabayashi, M.Nagata and A.Iwata: "Nonlinear function generators and Chaotic signal generators using a pulse-width modulation method" Electronics letters. 33・16. 1351-1352 (1997)
• [文献書誌] T.Irita, T.Tsujita, M.Fujishima K.Hoh,: "A simple chaos-generator for neuron element utilizing capacitance-npn-transistor pair" Journal of Computers & Electrical Engineering,. (in print). (1998)
• [文献書誌] M.Konda, T.Shibata, and T.Ohmi: "A compact memory-merged matching celf for neuron-MOS association processor" Proc.MicroNeuro 97. 174-180 (1997)
• [文献書誌] T.Shibata and T.Ohmi,: "Neural Microelectronics" Technical Digest,International Electron Devices Meeting (IEDM). 337-342 (1997)