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KR20170117863A - Neuromorphic Device Including Synapses Having Fixed Resistance - Google Patents

Neuromorphic Device Including Synapses Having Fixed Resistance Download PDF

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KR20170117863A
KR20170117863A KR1020160169689A KR20160169689A KR20170117863A KR 20170117863 A KR20170117863 A KR 20170117863A KR 1020160169689 A KR1020160169689 A KR 1020160169689A KR 20160169689 A KR20160169689 A KR 20160169689A KR 20170117863 A KR20170117863 A KR 20170117863A
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KR
South Korea
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synapses
post
synaptic neurons
column
synaptic
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Withdrawn
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KR1020160169689A
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Korean (ko)
Inventor
이형동
Original Assignee
에스케이하이닉스 주식회사
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Publication date
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Abstract

프리-시냅틱 뉴런들; 상기 프리-시냅틱 뉴런들로부터 로우 방향으로 연장하는 로우 라인들; 포스트 시냅틱 뉴런들; 상기 포스트-시냅틱 뉴런들로부터 컬럼 방향으로 연장하는 컬럼 라인들; 및 상기 로우 라인들과 상기 컬럼 라인들의 교차점들 상에 배치된 시냅스들을 포함하는 뉴로모픽 소자가 설명된다. 상기 시냅스들은 고정된 저항 값들을 갖는 저항 배선들을 포함한다.Pre-synaptic neurons; Rows extending from the pre-synaptic neurons in a row direction; Post-synaptic neurons; Column lines extending from the post-synaptic neurons in a column direction; And synapses arranged on the intersections of the row lines and the column lines. The synapses include resistive wires having fixed resistance values.

Description

고정된 저항 값들을 갖는 시냅스들을 포함하는 뉴로모픽 소자{Neuromorphic Device Including Synapses Having Fixed Resistance}Neuromorphic Device Including Synapses Having Fixed Resistance < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 고정된 저항 값들을 갖는 시냅스들을 포함하는 리드-온리(read-only) 뉴로모픽 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a read-only neuromorph element comprising synapses with fixed resistance values.

최근 인간의 뇌를 모방한 뉴로모픽 기술이 주목 받고 있다. 뉴로모픽 기술은 다수의 프리-시냅스 뉴런들, 다수의 포스트-시냅스 뉴런들, 및 다수의 시냅스들을 포함한다. 뉴로모픽 기술에 이용되는 뉴로모픽 소자는 학습된 상태에 따라 다양한 레벨, 크기, 또는 시간에 따른 펄스 또는 스파이크를 출력한다. 읽기 및 쓰기가 가능하도록 가변 저항들을 가진 시냅스들을 포함하는 뉴로모픽 소자는 복잡한 회로적 구성을 갖는다. 예를 들어, 시냅스 가중치를 변화시키기 위한 강화 및 억제 과정에서 특정한 시냅스를 지정하기 위한 어드레스 코딩/디코딩 회로들 및 로우 및 컬럼 드라이버들이 필요하다. 또한, 다수 개의 멀티 레이어들을 가질 경우, 각 레이어들에 딸린 주변 회로들이 각각 더 필요하다. 즉, 뉴로모픽 소자의 칩 크기가 커질 수 있다. 또한, 가변 저항들은 내부의 전기적 영향에 의해 그 저항 값들이 변할 수 있으므로 시냅스들의 데이터 보존 능력이 저하될 수 있다.Recently, NyomopliK technology, which mimics the human brain, is attracting attention. The neuromotor technology includes multiple pre-synaptic neurons, multiple post-synaptic neurons, and multiple synapses. The neuromorph elements used in the neuromotor technology output pulses or spikes at various levels, sizes, or times depending on the learned state. Neuroreoptic devices, including synapses with variable resistors for read and write, have complex circuit configurations. For example, address coding / decoding circuits and row and column drivers are needed to designate a particular synapse in the enhancement and suppression process to change the synaptic weight. Further, in the case of having a plurality of multi-layers, peripheral circuits corresponding to the respective layers are further required. That is, the chip size of the neuromodule device can be increased. In addition, variable resistors may change their resistance values due to internal electrical influences, so that the data preservation ability of synapses may be degraded.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고정된 저항 값들을 갖는 시냅스들을 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide synapses having fixed resistance values.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고정된 저항 값들을 갖는 시냅스들을 포함하는 뉴로모픽 소자를 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a novel chromophore device including synapses having fixed resistance values.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고정된 저항 값들을 갖는 다수 개의 시냅스 레이어들을 포함하는 뉴로모픽 소자들을 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide neuromorphic devices including a plurality of synapse layers having fixed resistance values.

본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The various problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 뉴로모픽 소자는 프리-시냅틱 뉴런들; 상기 프리-시냅틱 뉴런들로부터 로우 방향으로 연장하는 로우 라인들; 포스트 시냅틱 뉴런들; 상기 포스트-시냅틱 뉴런들로부터 컬럼 방향으로 연장하는 컬럼 라인들; 및 상기 로우 라인들과 상기 컬럼 라인들의 교차점들 상에 배치된 시냅스들을 포함할 수 있다. 상기 시냅스들은 고정된 저항 값들을 갖는 저항 배선들을 포함할 수 있다.The neuromorph element according to one embodiment of the technical idea of the present invention includes pre-synaptic neurons; Rows extending from the pre-synaptic neurons in a row direction; Post-synaptic neurons; Column lines extending from the post-synaptic neurons in a column direction; And synapses disposed on the intersections of the row lines and the column lines. The synapses may include resistive wires having fixed resistance values.

상기 고정 저항 값들은 적어도 넷 이상의 레벨들을 가질 수 있다.The fixed resistance values may have at least four levels.

상기 저항 배선들은 N-형 이온들이 도핑된 실리콘을 포함할 수 있다.The resistor wirings may comprise silicon doped with N-type ions.

상기 저항 배선들은 저농도 도핑 영역, 중간 농도 도핑 영역, 및 고농도 도핑 영역 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The resistance wirings may include at least one of a lightly doped region, an intermediate concentration doped region, and a heavily doped region.

상기 시냅스들은 각각, 로우 컨택 및 컬럼 컨택을 더 포함할 수 있다. 상기 저항 배선들은 각각, 상기 로우 컨택과 컬럼 컨택을 전기적으로 연결할 수 있다.The synapses may each further include a row contact and a column contact. Each of the resistance wirings can electrically connect the row contact and the column contact.

상기 저항 배선은 서로 전기적으로 연결된 다수 개의 비아 플러그들을 포함할 수 있다.The resistance wiring may include a plurality of via plugs electrically connected to each other.

상기 비아 플러그들은 상기 다수 개의 비아 플러들 사이의 다수 개의 패드들을 더 포함할 수 있다.The via plugs may further include a plurality of pads between the plurality of via plugs.

상기 다수 개의 비아 플러그들은 서로 수직으로 정렬하거나 또는 서로 수직으로 정렬하지 않음으로써 다양한 전도성 경로들에 따른 다양한 저항 레벨들을 제공할 수 있다.The plurality of via plugs may be vertically aligned with each other or not vertically aligned with each other to provide various resistance levels according to various conductive paths.

상기 다수 개의 비아 플러그들은 서로 다른 다양한 수평 굵기들을 가질 수 있다.The plurality of via plugs may have different horizontal thicknesses.

상기 포스트-시냅틱 뉴런들은 적분기 및 비교기를 포함할 수 있다.The post-synaptic neurons may include an integrator and a comparator.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 뉴로모픽 소자는 프리-시냅틱 뉴런들; 상기 프리-시냅틱 뉴런들로부터 로우 방향으로 연장하는 로우 라인들; 포스트 시냅틱 뉴런들; 상기 포스트-시냅틱 뉴런들로부터 컬럼 방향으로 연장하는 컬럼 라인들; 및 상기 로우 라인들과 상기 컬럼 라인들의 교차점들 상에 배치된 시냅스들을 포함할 수 있다. 상기 시냅스들은 다양한 농도로 도핑된 이온들을 포함하는 저항 배선들을 가질 수 있다.The neuromorph element according to one embodiment of the technical idea of the present invention includes pre-synaptic neurons; Rows extending from the pre-synaptic neurons in a row direction; Post-synaptic neurons; Column lines extending from the post-synaptic neurons in a column direction; And synapses disposed on the intersections of the row lines and the column lines. The synapses may have resistive wiring comprising doped ions at various concentrations.

상기 저항 배선들은 기판의 일부일 수 있다.The resistance wirings may be part of a substrate.

상기 포스트-시냅틱 뉴런들은 상기 컬럼 라인들과 연결된 입력부를 갖는 적분기 및 상기 적분기의 출력을 입력으로 받는 비교기를 포함할 수 있다.The post-synaptic neurons may include an integrator having an input coupled to the column lines and a comparator receiving an output of the integrator as an input.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 뉴로모픽 소자는 프리-시냅틱 뉴런들; 상기 프리-시냅틱 뉴런들로부터 로우 방향으로 연장하는 로우 라인들; 포스트 시냅틱 뉴런들; 상기 포스트-시냅틱 뉴런들로부터 컬럼 방향으로 연장하는 컬럼 라인들; 및 상기 로우 라인들과 상기 컬럼 라인들의 교차점들 상에 배치된 시냅스들을 포함할 수 있다. 상기 시냅스들은 서로 다른 길이의 전도성 경로들을 가질 수 있다.The neuromorph element according to one embodiment of the technical idea of the present invention includes pre-synaptic neurons; Rows extending from the pre-synaptic neurons in a row direction; Post-synaptic neurons; Column lines extending from the post-synaptic neurons in a column direction; And synapses disposed on the intersections of the row lines and the column lines. The synapses may have conductive paths of different lengths.

상기 시냅스들은 각각, 로우 컨택 및 컬럼 컨택을 더 포함할 수 있다. 상기 저항 배선들은 각각, 상기 로우 컨택과 컬럼 컨택을 전기적으로 연결할 수 있다.The synapses may each further include a row contact and a column contact. Each of the resistance wirings can electrically connect the row contact and the column contact.

상기 저항 배선은 서로 전기적으로 연결된 다수 개의 비아 플러그들을 포함할 수 있다.The resistance wiring may include a plurality of via plugs electrically connected to each other.

상기 비아 플러그들은 상기 다수 개의 비아 플러그들 사이의 적어도 하나의 패드를 더 포함할 수 있다.The via plugs may further include at least one pad between the plurality of via plugs.

상기 다수 개의 비아 플러그들은 다양한 단면적들을 포함할 수 있다.The plurality of via plugs may include various cross-sectional areas.

상기 저항 배선들은 서로 다른 도핑 농도를 갖는 다수 개의 도핑 영역들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The resistance wirings may include at least one of a plurality of doped regions having different doping concentrations.

상기 포스트-시냅틱 뉴런들은 상기 컬럼 라인들과 각각 전기적으로 연결된 포스트-시냅틱 회로들을 포함할 수 있다. 상기 포스트-시냅틱 회로들은 적분기 및 비교기를 포함할 수 있다. The post-synaptic neurons may include post-synaptic circuits electrically connected to the column lines, respectively. The post-synaptic circuits may include an integrator and a comparator.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 기술적 사상에 의하면 시냅스들이 고정된 저항 값들을 가지므로 시냅스들을 학습시키지 않고 다양한 데이터 패턴들을 가진 뉴로모픽 소자가 제공된다. According to the technical idea of the present invention, since the synapses have fixed resistance values, a neuromorph element having various data patterns is provided without learning the synapses.

본 발명의 기술적 사상에 의하면 시냅스들이 고정된 저항 값들을 가지므로 시냅스들의 데이터 보존 능력이 우수한 뉴로모픽 소자가 제공된다.According to the technical idea of the present invention, since synapses have fixed resistance values, a neuromorph element having excellent data preservation ability of synapses is provided.

본 발명의 기술적 사상에 의하면 시냅스들이 고가의 가변 저항 물질이 아닌 저가의 고정 저항 물질을 이용하여 형성되므로 뉴로모픽 소자의 생산 원가가 낮아진다. 즉, 특정한 분야에 이용될 수 있는 최적의 뉴로모픽 소자가 저렴한 가격에 제공된다. According to the technical idea of the present invention, since the synapses are formed using a low-priced fixed resistance material rather than an expensive variable resistance material, the production cost of the novelromot device is lowered. In other words, the optimum neurotic device that can be used in a specific field is provided at a low price.

본 발명의 기술적 사상에 의하면 특정 기능을 하는 (특정 패턴을 분류하는) 뉴로모픽 칩을 집적 공정 단계에서 만들 수 있다. According to the technical idea of the present invention, a neuromorphic chip having a specific function (which classifies a specific pattern) can be made in an integrated process step.

본 발명의 기술적 사상에 의하면 주변 회로들이 생략될 수 있으므로 뉴로모픽 소자가 작아진다.According to the technical idea of the present invention, neighboring circuits can be omitted, so that the neuromorph element becomes smaller.

본 발명의 기술적 사상에 의하면 시냅스 소자가 인식할 수 있는 데이터 패턴의 수가 증가된다.According to the technical idea of the present invention, the number of data patterns recognizable by a synapse element is increased.

본 발명의 기술적 사상에 의하면 복잡한 패턴에 대한 인식 정확도가 증가된다.The technical idea of the present invention increases the recognition accuracy for complex patterns.

기타 언급되지 않은 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 효과들은 본문 내에서 언급될 것이다.The effects of various embodiments of the present invention not otherwise mentioned will be mentioned in the text.

도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 뉴로모픽 소자를 개념적으로 도시한 블록다이아그램이다.
도 2a 내지 5는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 뉴로모픽 소자의 고정 저항 값을 갖는 시냅스들을 설정하는 것을 설명하는 도면들이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 고정 저항 값들을 갖는 시냅스들을 구현하는 방법들을 보이는 도면들이다.
도 7a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 고정 저항 값들을 갖는 시냅스들의 개념적인 종단면도이고, 및 도 7b는 시냅스들의 레이아웃 또는 평면도들이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 포스트-시냅틱 뉴런을 개념적으로 도시한 블록 다이아그램이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 의한 멀티 뉴로모픽 시스템을 개념적으로 도시한 블록다이아그램들이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 패턴 인식 시스템을 개념적으로 도시한 블록다이아그램이다.
1 is a block diagram conceptually showing a neuromorph element according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A through 5 are diagrams illustrating setting of synapses having fixed resistance values of a neuromorph element according to various embodiments of the technical idea of the present invention. FIG.
Figures 6a-6d illustrate methods of implementing synapses with fixed resistance values according to various embodiments of the inventive concepts.
FIG. 7A is a conceptual vertical sectional view of synapses having fixed resistance values according to one embodiment of the technical idea of the present invention, and FIG. 7B is a layout or plan view of synapses.
FIG. 8 is a block diagram conceptually illustrating a post-synaptic neuron according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 7A and 7B are block diagrams conceptually illustrating a multi-neck pixel system according to embodiments of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram conceptually showing a pattern recognition system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent by reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms 'comprises' and / or 'comprising' mean that the stated element, step, operation and / or element does not imply the presence of one or more other elements, steps, operations and / Or additions.

하나의 소자(elements)가 다른 소자와 ‘접속된(connected to)’ 또는 ‘커플링된(coupled to)’ 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 ‘직접 접속된(directly connected to)’ 또는 ‘직접 커플링된(directly coupled to)’으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. ‘및/또는’은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.It is to be understood that one element is referred to as being 'connected to' or 'coupled to' another element when it is directly coupled or coupled to another element, One case. On the other hand, when one element is referred to as being 'directly connected to' or 'directly coupled to' another element, it does not intervene another element in the middle. &Quot; and / or " include each and every one or more combinations of the mentioned items.

공간적으로 상대적인 용어인 ‘아래(below)’, ‘아래(beneath)’, ‘하부(lower)’, ‘위(above)’, ‘상부(upper)’ 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 ‘아래(below)’ 또는 ‘아래(beneath)’로 기술된 소자는 다른 소자의 ‘위(above)’에 놓여질 수 있다. Spatially relative terms such as 'below', 'beneath', 'lower', 'above' and 'upper' May be used to readily describe a device or a relationship of components to other devices or components. Spatially relative terms should be understood to include, in addition to the orientation shown in the drawings, terms that include different orientations of the device during use or operation. For example, when inverting an element shown in the figure, an element described as 'below' or 'beneath' of another element may be placed 'above' another element.

명세서 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. Accordingly, although the same reference numerals or similar reference numerals are not mentioned or described in the drawings, they may be described with reference to other drawings. Further, even if the reference numerals are not shown, they can be described with reference to other drawings.

본 명세서에서, 강화(potentiation), 셋(set), 및 학습(learning)이 동일하거나 유사한 용어로 사용되고, 및 억제(depressing), 리셋(reset), 및 초기화(initiation)가 동일하거나 유사한 의미로 사용될 것이다. 예를 들어, 시냅스들의 저항을 낮추는 동작이 강화, 셋, 또는 학습으로 설명될 것이고, 및 시냅스들의 저항을 높이는 동작이 억제, 리셋, 또는 초기화로 설명될 것이다. 또한, 시냅스들이 강화, 셋, 또는 학습되면 전도도가 증가하므로 점진적으로 높은 전압/전류가 출력될 수 있고, 및 시냅스들이 억제, 리셋, 또는 초기화되면 전도도가 감소하므로 점진적으로 낮은 전압/전류가 출력될 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 데이터 패턴, 전기적 신호, 펄스, 스파이크, 및 파이어(fire)는 동일하거나, 유사하거나, 또는 호환되는 의미인 것으로 해석될 수 있다. 또한, 전압과 전류도 동일하거나 호환되는 의미인 것으로 해석될 수 있다.In this specification, the terms potentiation, set, and learning are used in the same or similar terms, and depressing, resetting, and initiation are used in the same or similar sense will be. For example, the action of lowering the resistance of the synapses will be described as enhancement, set, or learning, and the action of increasing the resistance of the synapses will be described as suppression, reset, or initialization. Also, when the synapses are enriched, set, or learned, the conductivity is increased, so that a progressively higher voltage / current can be output, and as the synapses are suppressed, reset, or initialized, . For ease of explanation, data patterns, electrical signals, pulses, spikes, and fire can be interpreted to be the same, similar, or compatible meanings. Also, voltage and current can be interpreted to be the same or compatible.

도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 뉴로모픽 소자를 개념적으로 도시한 블록다이아그램이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 뉴로모픽 소자(neuromorphic device)는 다수 개의 프리-시냅틱 뉴런들(10)(pre-synaptic neurons), 각 프리-시냅틱 뉴런들(10)로부터 로우 방향으로 연장하는 다수 개의 로우 라인들(R)(row lines), 다수 개의 포스트-시냅틱 뉴런들(20)(post-synaptic neurons), 각 포스트-시냅틱 뉴런들(20)로부터 컬럼 방향으로 연장하는 컬럼 라인들(C)(column lines), 및 로우 라인들(R)과 컬럼 라인들(C)의 각 교차점들 상에 배치된 다수 개의 시냅스들(30)(synapses)을 포함할 수 있다. 1 is a block diagram conceptually showing a neuromorph element according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a neuromorphic device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of pre-synaptic neurons 10, each pre-synaptic neurons 10 A plurality of row lines R, a plurality of post-synaptic neurons 20 extending from the post-synaptic neurons 20 in a row direction from the post-synaptic neurons 20, And a plurality of synapses 30 (synapses) disposed on each of the intersections of the row lines R and the column lines C, have.

프리-시냅틱 뉴런들(10)은 로우 라인들(R)을 통하여 시냅스들(30)로 내부 입력 신호들을 전송할 수 있다. 내부 입력 신호들은 데이터 패턴을 포함할 수 있다. The pre-synaptic neurons 10 may transmit internal input signals to the synapses 30 via the low lines R. The internal input signals may include a data pattern.

포스트-시냅틱 뉴런들(20)은 컬럼 라인들(C)을 통하여 시냅스들(30)로부터 내부 출력 신호들을 수신할 수 있다. 내부 출력 신호들은 시냅스들(30)에 기록된(registered), 기억된(memorized), 또는 저장된(saved) 데이터 패턴에 관한 정보를 가질 수 있다. The post-synaptic neurons 20 may receive internal output signals from the synapses 30 through the column lines C. [ The internal output signals may have information about registered, memorized, or saved data patterns in synapses 30. [

각 시냅스들(30)은 고정 저항 소자(fixed resistive device)를 포함할 수 있다. 상세하게, 각 시냅스들(30)은 적어도 네 레벨 이상의 멀티 레벨의 고정 저항 값들 중 하나를 가질 수 있다. 각 시냅스들(30)의 멀티 레벨의 저항들은 시냅스 가중치(synaptic weight)로 해석될 수 있다.Each of the synapses 30 may comprise a fixed resistive device. Specifically, each of the synapses 30 may have one of multi-level fixed resistance values of at least four levels. The multi-level resistors of each synapse 30 can be interpreted as a synaptic weight.

도 2a 내지 5는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 뉴로모픽 소자의 고정 저항 값을 갖는 시냅스들을 설정하는 것을 설명하는 도면들이다. 도 2a, 3a, 및 4a는 다양한 입력 패턴들(P1-P3)이고, 도 2b, 3b, 및 4b는 입력 패턴들(P1-P3)을 소프트웨어를 이용하여 컴퓨팅한 시냅스 가중치 맵들(M1-M2)이고, 및 도 2c, 3c, 및 4c는 시냅스 가중치 맵들(M1-M3)에 따라 프로그램된 고정된 저항 값들을 갖도록 설정된 시냅스 컬럼들(C1-C3)이다. 예시적으로, 입력 패턴들(P1-P3)을 7 X 7 배열의 셀들을 갖는 시냅스 가중치 맵들(M1-M3)로 컴퓨팅하고, 및 각 셀들의 시냅스 가중치들에 해당하는 고정된 저항 값들을 갖도록 프로그램된 시냅스 컬럼들(C1-C3)이 보여진다. 본 발명의 기술적 사상을 이해하기 쉽도록, 입력 패턴들(P1-P3)이 숫자 "1"의 형상을 가진 흑백 이미지 패턴인 것으로 가정된다. 따라서, 시냅스 가중치들은 1 또는 0에 해당하는 정보를 갖는 것으로 가정, 설명된다.FIGS. 2A through 5 are diagrams illustrating setting of synapses having fixed resistance values of a neuromorph element according to various embodiments of the technical idea of the present invention. FIG. 2a, 3a, and 4a are various input patterns P1-P3 and FIGS. 2b, 3b, and 4b illustrate synaptic weight maps M1-M2 computing input patterns P1- And Figs. 2C, 3C and 4C are synapse columns (C1-C3) set to have fixed resistance values programmed according to synapse weight maps Ml-M3. Illustratively, input patterns (P1-P3) are computed with synaptic weight maps (M1-M3) having 7 X 7 arrays of cells and programmed to have fixed resistance values corresponding to the synaptic weights of each cell The synaptic columns C1-C3 are shown. For ease of understanding the technical idea of the present invention, it is assumed that the input patterns P1-P3 are black-and-white image patterns having the shape of the number "1 ". Therefore, it is assumed that the synaptic weights have information corresponding to 1 or 0.

도 2a는 제1 입력 패턴(P1)이고, 도 2b는 제1 입력 패턴(P1)을 컴퓨팅한 제1 시냅스 가중치 맵(M1)이고, 및 도 2c는 시냅스 가중치들에 해당하는 고정 저항 값들을 갖는 제1 시냅스 컬럼(C1)를 보인다. 도 2a 및 2b를 참조하면, 제1 입력 패턴(P1)은 예시적으로, 7 X 7 배열의 셀들로 분리되어 제1 시냅스 가중치 맵(M1)으로 컴퓨팅될 수 있다. 소프트웨어 및 이미지 프로세서 등이 이용될 수 있다. 제1 시냅스 가중치 맵(M1)은 1의 정보를 갖는 셀들과 0의 정보를 갖는 셀들로 구분될 수 있다. 1의 정보를 갖는 셀들이 해칭을 이용하여 표시되었다. 도 2c를 참조하면, 제1 시냅스 컬럼(C1)은 도 2b의 시냅스 가중치 맵(M1)의 시냅스 가중치들에 해당하는 고정된 저항 값들을 갖도록 프로그램된 시냅스들(30)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 시냅스 컬럼(C1) 상에 배치된 시냅스들(30)이 제1 시냅스 가중치 맵(M1)의 셀들에 해당하도록 순차적으로 프로그램될 수 있다. 제1 시냅스 가중치 맵(M1)의 셀 넘버들은 로우 라인들(R1-R49)의 넘버들로 해석, 변환되었다. 따라서, 제1 시냅스 가중치 맵(M1)에서 해칭된 셀들, 즉 1의 시냅스 가중치를 갖는 셀들이 시냅스들(30)이 검게 표시되었다.FIG. 2A is a first input pattern P1, FIG. 2B is a first synapse weight map M1 computing the first input pattern P1, and FIG. 2C is a graph of the first input pattern P1 having fixed resistance values corresponding to synapse weights The first synapse column C1 is shown. Referring to FIGS. 2A and 2B, the first input pattern P1 may be illustrated as a first synapse weight map M1, by way of example, separated into cells of the 7x7 array. Software and image processors may be used. The first synapse weight map M1 may be divided into cells having information of 1 and cells having information of 0. 1 are shown using hatching. Referring to FIG. 2C, the first synapse column C1 may include synapses 30 programmed to have fixed resistance values corresponding to synapse weights of the synapse weight map M1 of FIG. 2B. Specifically, the synapses 30 disposed on the first synapse column C1 can be sequentially programmed to correspond to the cells of the first synapse weight map M1. The cell numbers of the first synapse weight map M1 were interpreted and converted into the numbers of the row lines R1 to R49. Thus, the synapses 30 are blacked out in the first synapse weight map M1 with cells hatching, that is, cells having a synapse weight of one.

도 3a 내지 3c를 참조하면, 제2 입력 패턴(P2)이 제2 시냅스 가중치 맵(M2)으로 컴퓨팅될 수 있고, 및 제2 시냅스 컬럼(C2)으로 프로그램될 수 있다. 도 4a 내지 4c를 참조하면, 제3 입력 패턴(P3)이 제3 시냅스 가중치 맵(M3)으로 컴퓨팅될 수 있고, 및 제3 시냅스 컬럼(C3)으로 프로그램될 수 있다. Referring to Figures 3A-3C, a second input pattern P2 may be computed as a second synapse weight map M2 and programmed into a second synapse column C2. Referring to Figures 4A-4C, a third input pattern P3 may be computed as a third synapse weight map M3, and may be programmed into a third synapse column C3.

본 발명의 기술적 사상에서, 입력 패턴들(P1-P3)은 컬러 이미지일 수도 있고, 멀티 명암 및 색깔을 갖는 이미지일 수도 있다. 또한, 본 발명의 확장된 실시예들에서, 입력 패턴들(P1-P3)은 다양한 청각적 데이터일 수도 있다. 따라서, 시냅스 가중치들 및 고정 저항 값들도 멀티 레벨일 수 있다. In the technical concept of the present invention, the input patterns P1-P3 may be a color image or an image having multiple contrasts and colors. Further, in the expanded embodiments of the present invention, the input patterns Pl-P3 may be various auditory data. Thus, synapse weights and fixed resistance values can also be multi-level.

도 5는 최종적으로 프로그램된 시냅스들(30)을 포함하는 최종 시냅스 어레이(SA)를 개념적으로 도시한 다이어그램이다. 도 5를 참조하면, 최종 시냅스 어레이(SA)는 제1 내지 제3 입력 데이터들(P1-P3)에 해당하는 제1 내지 제3 시냅스 가중치 맵(M1-M3)들의 시냅스 가중치들이 프로그램된 시냅스 컬럼들(C1-C3)을 모두 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 2c, 3c, 및 4c에 도시된 시냅스 컬럼들(C1-C3)의 시냅스 저항 값들의 정보들을 모두 포함할 수 있다. 부가하여, 시냅스 어레이(SA)는 컬럼 라인들(C)의 수만큼 다양한 입력 패턴들에 대한 정보를 가질 수 있다. FIG. 5 is a diagram conceptually showing a final synaptic array SA including finally programmed synapses 30. FIG. 5, the final synapse array SA includes synapse weights of the first to third synapse weight maps M1 to M3 corresponding to the first to third input data P1 to P3, (C1-C3). Specifically, it may include all of the information of the synapse resistance values of the synapse columns C1-C3 shown in Figs. 2C, 3C and 4C. In addition, the synapse array SA can have information about as many input patterns as the number of column lines C.

도 6a 내지 6d는 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 고정 저항 값들을 갖는 시냅스들(30)을 구현하는 방법들을 보이는 도면들이다.6a-6d illustrate methods of implementing the synapses 30 with fixed resistance values according to various embodiments of the inventive concept.

도 6a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 고정 저항 값들을 갖는 시냅스들(30)의 개념적인 레이아웃 또는 평면도들이다. 도 6a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 고정 저항 값들을 갖는 시냅스들(30)은 각각, 로우 컨택(Rc), 컬럼 컨택(Cc), 및 로우 컨택(Rc)과 컬럼 컨택(Cc)을 전기적으로 연결하는 저항 배선들(Ir)을 포함할 수 있다. 로우 컨택(Rc)은 로우 라인들(R) 중 하나와 전기적으로 연결될 수 있고, 및 컬럼 컨택(Cc)은 컬럼 라인들(C) 중 하나와 전기적으로 연결될 수 있다. 저항 배선들(Ir)은 다양한 길이들을 갖도록 다양한 기하학적 모양을 가질 수 있다. 즉, 저항 배선들(Ir)의 고정 저항 값들은 저항 배선들(Ir)의 다양한 기하학적 모양에 따른 길이 차이에 의해 설정될 수 있다. 예를 들어, "1"의 시냅스 가중치를 갖는 시냅스(30)의 저항 배선(Ir)은 상대적으로 짧도록 형성될 수 있다. 만약, 매우 높은 저항 값이 필요한 경우, 저항 배선(Ir)은 끊어지거나 또는 형성되지 않을 수도 있다. 저항 배선들(Ir)은 실리콘 기판 내에 형성, 제공될 수 있다. 예를 들어, 저항 배선들(Ir)은 인(P, phosphorous) 또는 비소(As, arsenic) 같은 N-형 이온들이 도핑된 실리콘, 금속 실리사이드 배선, 또는 금속 배선 형태로 제공될 수 있다. 저항 배선들(Ir)은 실리콘 기판의 일부일 수 있다. 6A is a conceptual layout or plan view of synapses 30 having fixed resistance values according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6A, synapses 30 having fixed resistance values according to an embodiment of the present invention include a row contact Rc, a column contact Cc, and a row contact Rc, And resistance wirings Ir for electrically connecting the contacts Cc. The row contact Rc may be electrically connected to one of the row lines R and the column contact Cc may be electrically connected to one of the column lines C. [ The resistive wirings Ir can have various geometric shapes to have various lengths. That is, the fixed resistance values of the resistance wirings Ir can be set by a length difference according to various geometrical shapes of the resistance wirings Ir. For example, the resistance wiring Ir of the synapse 30 having the synapse weight of "1" can be formed to be relatively short. If a very high resistance value is required, the resistance wiring Ir may be broken or not formed. The resistance wirings Ir may be formed and provided in the silicon substrate. For example, the resistance wirings Ir may be provided in the form of silicon doped with N-type ions such as phosphorous or As, arsenic, metal silicide wiring, or metal wiring. The resistive wirings Ir may be part of the silicon substrate.

도 6b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 고정 저항 값들을 갖는 시냅스들(30)의 레이아웃 또는 평면도들이다. 도 6b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 고정 저항 값들을 갖는 시냅스들(30)은 도 6a에 도시된 시냅스들(30)과 비교하여, 저항 배선들(Ir)이 시냅스 가중치들에 따라 다양한 저항 값들을 갖도록 다양한 전도도들을 갖도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 저항 배선들(Ir)은 고저항 영역(Hr), 중간 저항 영역(Mr), 저저항 영역(Lr), 또는 그 조합들 중 하나를 가질 수 있다. 저항 배선들(Ir)은 보다 다양한 도핑 농도들을 가질 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에서, 저항 배선들(Ir)은 다양한 도핑 농도들 갖는 실리콘 영역들을 포함할 수 있다. 6B is a layout or plan view of synapses 30 having fixed resistance values according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6B, synapses 30 having fixed resistance values according to an embodiment of the technical idea of the present invention are configured such that the resistance wires Ir are connected to the synapses 30, as compared to the synapses 30 shown in FIG. And may be formed to have various conductivities so as to have various resistance values according to the weights. Specifically, the resistance wirings Ir may have one of a high resistance region Hr, a middle resistance region Mr, a low resistance region Lr, or a combination thereof. The resistive wirings (Ir) may have more various doping concentrations. In one embodiment of the inventive concept, the resistive wirings Ir may comprise silicon regions with various doping concentrations.

도 6c는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 고정 저항 값들을 갖는 시냅스들(30)의 종단면도들이다. 도 6c를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 고정 저항 값들을 갖는 시냅스들(30)은 로우 컨택(Rc), 컬럼 컨택(Cc), 및 로우 컨택(Rc)과 컬럼 컨택(Cc)을 전기적으로 연결하는 저항 배선들(Ir)을 포함할 수 있다. 로우 컨택(Rc) 및 컬럼 컨택(Cc)은 로우 라인(R) 또는 컬럼 라인(C)의 일부들일 수 있다. 저항 배선들(Ir)은 수직 방향으로 연장하는 다수 개의 비아 플러그들(Vr1-Vr4) 및 수평 방향으로 연장하는 패드들(Pr1-Pr3)을 포함할 수 있다. 비아 플러그들(Vr1-Vr4)은 기둥 형태를 가질 수 있고, 및 패드들(Pr1-Pr3)은 상면도에서 사각형 모양 또는 바(bar) 모양을 가질 수 있다. 저항 배선들(Ir)이 다양한 고정 저항 값들을 가질 수 있도록, 비아 플러그들(Vr1-Vr4)은 서로 수직으로 정렬되거나 또는 정렬되지 않는 다양한 기하학적 구조를 가질 수 있다. 따라서, 비아 플러그들(Vr1-Vr4)은 다양한 전도성 경로들에 따른 다양한 저항 레벨들을 제공할 수 있다. 예시적으로, 저항 배선들(Ir)이 4 층의 비아 플러그들(Vr1-Vr4)을 갖는 것으로 도시되었으나, 5 층 이상의 비아 플러그들(Vrx)을 가질 수도 있다. 본 실시예에서, 저항 배선들(Ir)은 로우 컨택(Rc)과 컬럼 컨택(Cc)의 전기적 경로의 차이에 따른 다양한 고정 저항 값들을 가질 수 있다. 비아 플러그들(Vr1-Vr4) 및 패드들(Pr1-Pr3)은 도핑된 실리콘, 실리사이드, 금속, 또는 그 조합들 중 하나를 각각, 포함할 수 있다.6C is a longitudinal sectional view of synapses 30 having fixed resistance values according to one embodiment of the technical idea of the present invention. Referring to FIG. 6C, synapses 30 having fixed resistance values according to an embodiment of the present invention are formed in the row contact Rc, the column contact Cc, and the row contact Rc and the column contact (Ir) electrically connecting the electrodes Cc and Cc. The row contact Rc and the column contact Cc may be portions of the row line R or the column line C. [ The resistance wirings Ir may include a plurality of vertically extending via plugs Vr1-Vr4 and horizontally extending pads Pr1-Pr3. The via plugs Vr1-Vr4 may have a columnar shape, and the pads Pr1-Pr3 may have a square shape or a bar shape in a top view. The via plugs Vr1-Vr4 may have various geometries that are vertically aligned or non-aligned with one another so that the resistance wires Ir can have various fixed resistance values. Thus, the via plugs Vr1-Vr4 can provide various resistance levels according to various conductive paths. Illustratively, although the resistance wires Ir are shown as having four layers of via plugs (Vr1-Vr4), they may have more than five layers of via plugs Vrx. In this embodiment, the resistance wirings Ir may have various fixed resistance values depending on the difference in the electrical path of the row contact Rc and the column contact Cc. The via plugs (Vr1-Vr4) and pads Pr1-Pr3 may each comprise one of doped silicon, silicide, metal, or combinations thereof.

도 6d는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 고정 저항 값들을 갖는 시냅스들(30)의 종단면도들이다. 도 6d를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 고정 저항 값들을 갖는 시냅스들은 도 6c에 도시된 시냅스들(30)과 비교하여, 다양한 수평 폭 또는 수평 굵기를 가진 비아 플러그들(Vr1-Vr4)을 포함할 수 있다. 즉, 비아 플러그들(Vr1-Vr4)은 다양한 단면적들 중 적어도 하나를 가질 수 있다. 따라서, 비아 플러그들(Vr1-Vr4)은 로우 컨택(Rc)과 컬럼 컨택(Cc) 사이에서 다양한 저항 레벨들을 제공할 수 있다. FIG. 6D is a longitudinal sectional view of synapses 30 having fixed resistance values according to an embodiment of the present invention. 6d, synapses having fixed resistance values according to an embodiment of the technical idea of the present invention are compared with the synapses 30 shown in FIG. 6c, and the via plugs having various horizontal widths or horizontal widths Vr1-Vr4). That is, the via plugs Vr1-Vr4 may have at least one of various cross-sectional areas. Thus, the via plugs Vr1-Vr4 can provide various resistance levels between the row contact Rc and the column contact Cc.

도 7a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 고정 저항 값들을 갖는 시냅스들(30)의 개념적인 종단면도이고, 및 도 7b는 시냅스들(30)의 레이아웃 또는 평면도들이다.FIG. 7A is a conceptual vertical cross-sectional view of synapses 30 having fixed resistance values according to one embodiment of the inventive concept, and FIG. 7B is a layout or plan view of synapses 30.

도 7a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 고정 저항 값들을 갖는 시냅스들(30)는 기판(sub) 내에 형성된 저항 배선(Ir), 및 기판(sub) 상에 형성된 로우 컨택(Rc) 및 컬럼 컨택(Cc)을 포함할 수 있다. 로우 컨택(Rc)은 제1 층간 절연층들(ILD1을 수직으로 관통하여 저항 배선(Ir) 및 로우 라인(R)과 전기적으로 연결될 수 있고, 및 컬럼 컨택(Cc)은 제1 및 제2 층간 절연층들(ILD1, ID2)을 수직으로 관통하여 저항 배선(Ir) 및 컬럼 라인(C)과 전기적으로 연결될 수 있다. 로우 컨택(Rc)과 컬럼 컨택(Cc)은 서로 바뀔 수 있다.Referring to FIG. 7A, synapses 30 having fixed resistance values according to an embodiment of the technical idea of the present invention include a resistance wiring Ir formed in a substrate sub, and a low- (Rc) and a column contact (Cc). The row contact Rc can be electrically connected to the resistance wiring Ir and the row line R through the first interlayer insulating layers ILD1 vertically and the column contact Cc can be electrically connected to the first interlayer insulating layer May be vertically penetrated through the insulating layers ILD1 and ID2 and electrically connected to the resistance wiring Ir and the column line C. The row contact Rc and the column contact Cc may be interchanged.

도 7b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 저항 배선(Ir)은 다양한 전도성 물질을 이용하여 형성된 저항 배선들(Ir)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 저항 배선들(Ir)은 다양한 저항 영역들(R1~Rn)의 조합들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 저항 배선들(Ir)의 다양한 저항 영역들(R1~Rn)은 진성 반도체 영역, 저농도 도핑된 반도체 영역, 고농도 도핑된 반도체 영역, 금속 실리사이드 영역, 금속 화합물 영역, 금속 합금 영역, 또는 금속 영역들 중 하나를 각각 포함할 수 있다. 따라서, 저항 배선(Ir)은 다양한 저항 영역들(R1~Rn)을 선택적으로 포함하여 멀티 저항 레벨들을 가질 수 있다.Referring to FIG. 7B, the resistance wiring Ir according to an embodiment of the present invention may include resistance wiring Ir formed using various conductive materials. For example, the resistance wirings Ir may include combinations of various resistance regions R1 to Rn. For example, the various resistance regions Rl to Rn of the resistive wirings Ir may include an intrinsic semiconductor region, a lightly doped semiconductor region, a heavily doped semiconductor region, a metal silicide region, a metal compound region, a metal alloy region, Metal regions, respectively. Therefore, the resistance wiring Ir may have multiple resistance levels selectively including various resistance regions R1 to Rn.

도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 포스트-시냅틱 뉴런(20)을 개념적으로 도시한 블록 다이아그램이다.FIG. 8 is a block diagram conceptually illustrating a post-synaptic neuron 20 according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 포스트-시냅틱 뉴런(20)은 각 컬럼 라인들(Ca~Cd)과 독립적으로 연결된 포스트-시냅틱 회로들(20a~20d)을 포함할 수 있고, 각 포스트-시냅틱 회로들(20a~20d)은 각각, 적분기들(21a~21d) 및 비교기들(22a~22d)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 컬럼 라인들(Ca~Cd)과 전기적으로 연결된 입력부를 갖는 적분기들(20a~20d) 및 적분기들(20a~20d)의 출력을 입력으로 받는 비교기들(22a~22d)을 포함할 수 있다. 포스트-시냅틱 회로들(20a~20d)은 각각 해당하는 컬럼 라인들(Ca~Cd)을 통하여 시냅스들(30)로부터 수신된 전기적 신호들을 적분하고, 및 적분된 전기적 신호의 전압이 기준 전압(Vr)보다 높아지면 파이어(fire)될 수 있다.8, a post-synaptic neuron 20 according to an embodiment of the present invention includes post-synaptic circuits 20a to 20d connected independently to each of the column lines Ca to Cd And each post-synaptic circuit 20a-20d may include integrators 21a-21d and comparators 22a-22d, respectively. Specifically, it may include integrators 20a-20d having input portions electrically connected to the column lines Ca-Cd and comparators 22a-22d receiving inputs of the outputs of integrators 20a-20d. have. The post-synaptic circuits 20a-20d integrate the electrical signals received from the synapses 30 through corresponding column lines Ca-Cd, respectively, and the voltage of the integrated electrical signal is applied to the reference voltage Vr ), It can be fired.

도 9a 및 9b는 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 의한 멀티 뉴로모픽 시스템을 개념적으로 도시한 블록다이아그램들이다. 도 9a 및 9b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 의한 멀티 뉴로모픽 시스템들은 멀티 시냅스 어레이들(SA1-SA4)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 멀티 시냅스 뉴로모픽 시스템은 입력 장치(Di), 출력 장치(Do), 셋 이상의 시냅틱 뉴런들(N1-N5), 및 둘 이상의 시냅스 어레이들(SA1-SA4)을 포함할 수 있다. 입력 장치(Di)는 이미지 센서, 스캐너, 키보드, 마우스, 터치 패널, 터치 펜, 마이크로폰, 사운드 리시버, 샘플러, 또는 기타 다양한 인식 장치를 포함할 수 있다. 시냅틱 뉴런들(N1-N5)은 프리-시냅틱 뉴런 또는 포스트-시냅틱 뉴런을 포함할 수 있다. 제1 시냅틱 뉴런(N1)은 이미지 프로세서 또는 사운드 프로세서처럼 입력 패턴을 디지털 신호로 바꿀 수 있는 프리-프로세서(pre-processor)를 포함할 수 있다. 시냅스 어레이들(SA1-SA4)는 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 최종 시냅스 어레이들(SA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 고정 저항 값을 갖는 시냅스들(30)을 포함할 수 있다. 본 실시예들에 따른 멀티 시냅스 어레이들(SA1-SA4)을 포함하는 뉴로모픽 시스템들은 하나의 시냅스 어레이에서 제공하지 못한 다양한 데이터 패턴들을 더 제공할 수 있다. 또한, 멀티 시냅스 어레이들(SA1-SA4)을 포함하는 뉴로모픽 시스템들은 복잡한 데이터 패턴들을 보다 정확하게 인식할 수 있다. FIGS. 9A and 9B are block diagrams conceptually illustrating a multi-neck pixel system according to embodiments of the present invention. Referring to Figs. 9A and 9B, the multi-nephropic systems according to embodiments of the technical idea of the present invention may include multi-synaptic arrays SA1-SA4. Specifically, a multi-synaptic neuromotion system may include an input device Di, an output device Do, three or more synaptic neurons N1-N5, and two or more synaptic arrays SA1-SA4. The input device Di may include an image sensor, a scanner, a keyboard, a mouse, a touch panel, a touch pen, a microphone, a sound receiver, a sampler, or various other recognition devices. Synaptic neurons (N1-N5) may comprise pre-synaptic neurons or post-synaptic neurons. The first synaptic neuron N1 may include a pre-processor that can convert the input pattern into a digital signal, such as an image processor or a sound processor. The synaptic arrays SA1-SA4 may comprise at least one of the final synaptic arrays SA according to various embodiments of the present invention. That is, it may include synapses 30 having a fixed resistance value. The novel Lomographic systems including the multi-synaptic arrays SA1-SA4 according to the present embodiments may further provide various data patterns that were not provided in one synapse array. In addition, the novel Lomographic systems, including the multi-synaptic arrays SA1-SA4, can more accurately recognize complex data patterns.

도 10은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 패턴 인식 시스템(900)을 개념적으로 도시한 블록다이아그램이다. 예를 들어, 상기 패턴 인식 시스템(900)은 음성 인식 시스템(speech recognition system), 영상 인식 시스템(imaging recognition system), 코드 인식 시스템(code recognition system), 신호 인식 시스템(signal recognition system), 또는 기타 다양한 패턴들을 인식하기 위한 시스템들 중 하나일 수 있다. FIG. 10 is a block diagram conceptually showing a pattern recognition system 900 according to an embodiment of the technical idea of the present invention. For example, the pattern recognition system 900 may include a speech recognition system, an imaging recognition system, a code recognition system, a signal recognition system, And may be one of systems for recognizing various patterns.

도 10을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예의 패턴 인식 시스템(900)은 중앙 처리 유닛(910), 메모리 유닛(920), 통신 제어 유닛(930), 네트워크(940), 출력 유닛(950), 입력 유닛(960), 아날로그-디지털 변환기(970), 뉴로모픽 유닛(980), 및/또는 버스(990)를 포함할 수 있다. 중앙 처리 유닛(910)은 뉴로모픽 유닛(980)의 학습을 위하여 다양한 신호를 생성 및 전달하고, 및 뉴로모픽 유닛(980)으로부터의 출력에 따라 음성, 영상 등과 같은 패턴을 인식하기 위한 다양한 처리 및 기능을 수행할 수 있다. 10, a pattern recognition system 900 of an embodiment of the technical concept of the present invention includes a central processing unit 910, a memory unit 920, a communication control unit 930, a network 940, an output unit 950, an input unit 960, an analog-to-digital converter 970, a novel Lomographic unit 980, and / or a bus 990. The central processing unit 910 generates and transmits a variety of signals for learning of the novel Lomographic unit 980 and generates various signals for recognizing patterns such as voice, Processing, and function.

상기 중앙 처리 유닛(910)은 메모리 유닛(920), 통신 제어 유닛(930), 출력 유닛(950), 아날로그-디지털 변환기(970) 및 뉴로모픽 유닛(980)과 버스(990)을 통하여 연결될 수 있다.The central processing unit 910 is connected to a memory unit 920, a communication control unit 930, an output unit 950, an analog-to-digital converter 970 and a novel Lomographic unit 980 via a bus 990 .

메모리 유닛(920)은 패턴 인식 시스템(900)에서 저장이 요구되는 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리 유닛(920)은 디램(DRAM) 또는 에스램(SRAM) 같은 휘발성 메모리 소자, 피램(PRAM), 엠램(MRAM), 알이램(ReRAM), 또는 낸드 플래시 메모리(NAND flash memory) 같은 비휘발성 메모리, 또는 하드 디스크 드라이브(HDD) 또는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 같은 다양한 기억 유닛들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The memory unit 920 may store various information required to be stored in the pattern recognition system 900. The memory unit 920 may be a volatile memory device such as DRAM or SRAM, non-volatile memory such as PRAM, MRAM, ReRAM, or NAND flash memory. Memory, or various storage units such as a hard disk drive (HDD) or a solid state drive (SSD).

통신 제어 유닛(930)은 인식된 음성, 영상 등의 데이터를 네트워크(940)를 통하여 다른 시스템의 통신 제어 유닛으로 전송하거나 및/또는 수신할 수 있다.The communication control unit 930 can transmit and / or receive the recognized voice, video, and other data via the network 940 to the communication control unit of the other system.

출력 유닛(950)은 인식된 음성, 영상 등의 데이터를 다양한 방식으로 출력할 수 있다. 예컨대, 출력 유닛(950)은 스피커, 프린터, 모니터, 디스플레이 패널, 빔 프로젝터, 홀로그래머, 또는 기타 다양한 출력 장치를 포함할 수 있다.The output unit 950 can output the recognized voice, image, and other data in various manners. For example, the output unit 950 may include a speaker, a printer, a monitor, a display panel, a beam projector, a holographer, or various other output devices.

입력 유닛(960)은 마이크로폰, 카메라, 스캐너, 터치 패드, 키보드, 마우스, 마우스 펜, 또는 다양한 센서들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The input unit 960 may include at least one of a microphone, a camera, a scanner, a touch pad, a keyboard, a mouse, a mouse pen, or various sensors.

아날로그-디지털 변환기(970)는 입력 장치(960)로부터 입력된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환할 수 있다. The analog-to-digital converter 970 can convert the analog data input from the input device 960 into digital data.

뉴로모픽 유닛(980)은 아날로그-디지털 변환기(970)로부터 출력된 데이터를 이용하여 학습(learning), 인식(recognition) 등을 수행할 수 있고, 인식된 패턴에 대응하는 데이터를 출력할 수 있다. 뉴로모픽 유닛(980)은 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 뉴로모픽 소자들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The neuromode unit 980 can perform learning, recognition, and the like using data output from the analog-to-digital converter 970, and can output data corresponding to the recognized pattern . The neodrome unit 980 may include at least one of the neuromorph elements according to various embodiments of the inventive concepts.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and not restrictive in every respect.

10: 프리-시냅틱 뉴런
20: 포스트-시냅틱 뉴런
30: 시냅스
C: 컬럼 라인
Cc: 컬럼 컨택
M1-M3: 시냅스 가중치 맵
P1-P3: 입력 패턴
Cl-Cn: 시냅스 컬럼
SA: 최종 시냅스 어레이
R: 로우 라인
Rc: 로우 컨택
Ir: 저항 배선
Vrx: 비아 플러그
Prx: 패드
10: pre-synaptic neurons
20: Post-synaptic neuron
30: Synapse
C: Column line
Cc: Column contact
M1-M3: Synaptic weight map
P1-P3: Input pattern
Cl-Cn: synaptic column
SA: Final synaptic array
R: Lowline
Rc: Low contact
Ir: resistance wiring
Vrx: Via plug
Prx: Pad

Claims (20)

프리-시냅틱 뉴런들;
상기 프리-시냅틱 뉴런들로부터 로우 방향으로 연장하는 로우 라인들;
포스트 시냅틱 뉴런들;
상기 포스트-시냅틱 뉴런들로부터 컬럼 방향으로 연장하는 컬럼 라인들; 및
상기 로우 라인들과 상기 컬럼 라인들의 교차점들 상에 배치된 시냅스들을 포함하고,
상기 시냅스들은 고정된 저항 값들을 갖는 저항 배선들을 포함하는 뉴로모픽 소자.
Pre-synaptic neurons;
Rows extending from the pre-synaptic neurons in a row direction;
Post-synaptic neurons;
Column lines extending from the post-synaptic neurons in a column direction; And
And synapses disposed on the intersections of the row lines and the column lines,
Wherein the synapses comprise resistive wires having fixed resistance values.
제1항에 있어서,
상기 고정 저항 값들은 적어도 넷 이상의 레벨들을 갖는 뉴로모픽 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the fixed resistance values have at least four levels.
제1항에 있어서,
상기 저항 배선들은 N-형 또는 P-형 이온들이 도핑된 실리콘을 포함하는 뉴로모픽 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the resistance wirings comprise silicon doped with N-type or P-type ions.
제3항에 있어서,
상기 저항 배선들은 저농도 도핑 영역, 중간 농도 도핑 영역, 및 고농도 도핑 영역 중 하나 이상을 포함하는 뉴로모픽 소자.
The method of claim 3,
Wherein the resistance wirings include at least one of a lightly doped region, a lightly doped region, and a lightly doped region.
제1항에 있어서,
상기 시냅스들은 각각, 로우 컨택 및 컬럼 컨택을 더 포함하고,
상기 저항 배선들은 각각, 상기 로우 컨택과 컬럼 컨택을 전기적으로 연결하는 뉴로모픽 소자.
The method according to claim 1,
The synapses each further include a row contact and a column contact,
And each of the resistance wirings electrically connects the row contact and the column contact.
제1항에 있어서,
상기 저항 배선은 서로 전기적으로 연결된 다수 개의 비아 플러그들을 포함하는 뉴로모픽 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the resistance wiring includes a plurality of via plugs electrically connected to each other.
제6항에 있어서,
상기 비아 플러그들은 상기 다수 개의 비아 플러들 사이의 다수 개의 패드들을 더 포함하는 뉴로모픽 소자.
The method according to claim 6,
Wherein the via plugs further comprise a plurality of pads between the plurality of via plugs.
제6항에 있어서,
상기 다수 개의 비아 플러그들은 서로 수직으로 정렬하거나 또는 서로 수직으로 정렬하지 않음으로써 다양한 전도성 경로들에 따른 다양한 저항 레벨들을 제공하는 뉴로모픽 소자.
The method according to claim 6,
Wherein the plurality of via plugs are vertically aligned with each other or do not vertically align with one another, thereby providing various resistance levels according to various conductive paths.
제6항에 있어서,
상기 다수 개의 비아 플러그들은 서로 다른 다양한 수평 굵기들을 갖는 뉴로모픽 소자.
The method according to claim 6,
Wherein the plurality of via plugs have different horizontal thicknesses.
제1항에 있어서,
상기 포스트-시냅틱 뉴런들은 적분기 및 비교기를 포함하는 뉴로모픽 소자.
The method according to claim 1,
Wherein said post-synaptic neurons comprise an integrator and a comparator.
프리-시냅틱 뉴런들;
상기 프리-시냅틱 뉴런들로부터 로우 방향으로 연장하는 로우 라인들;
포스트 시냅틱 뉴런들;
상기 포스트-시냅틱 뉴런들로부터 컬럼 방향으로 연장하는 컬럼 라인들; 및
상기 로우 라인들과 상기 컬럼 라인들의 교차점들 상에 배치된 시냅스들을 포함하고,
상기 시냅스들은 다양한 농도로 도핑된 이온들을 포함하는 저항 배선들을 갖는 뉴로모픽 소자.
Pre-synaptic neurons;
Rows extending from the pre-synaptic neurons in a row direction;
Post-synaptic neurons;
Column lines extending from the post-synaptic neurons in a column direction; And
And synapses disposed on the intersections of the row lines and the column lines,
Wherein the synapses have resistance wirings comprising ions doped at various concentrations.
제11항에 있어서,
상기 저항 배선들은 기판의 일부인 뉴로모픽 소자.
12. The method of claim 11,
Wherein the resistive wires are part of a substrate.
제11항에 있어서,
상기 포스트-시냅틱 뉴런들은 상기 컬럼 라인들과 연결된 입력부를 갖는 적분기 및 상기 적분기의 출력을 입력으로 받는 비교기를 포함하는 뉴로모픽 소자.
12. The method of claim 11,
Wherein the post-synaptic neurons include an integrator having an input coupled to the column lines and a comparator receiving an output of the integrator as an input.
프리-시냅틱 뉴런들;
상기 프리-시냅틱 뉴런들로부터 로우 방향으로 연장하는 로우 라인들;
포스트 시냅틱 뉴런들;
상기 포스트-시냅틱 뉴런들로부터 컬럼 방향으로 연장하는 컬럼 라인들; 및
상기 로우 라인들과 상기 컬럼 라인들의 교차점들 상에 배치된 시냅스들을 포함하고,
상기 시냅스들은 서로 다른 길이의 전도성 경로들을 갖는 뉴로모픽 소자.
Pre-synaptic neurons;
Rows extending from the pre-synaptic neurons in a row direction;
Post-synaptic neurons;
Column lines extending from the post-synaptic neurons in a column direction; And
And synapses disposed on the intersections of the row lines and the column lines,
Wherein the synapses have conductive paths of different lengths.
제14항에 있어서,
상기 시냅스들은 각각, 로우 컨택 및 컬럼 컨택을 더 포함하고,
상기 저항 배선들은 각각, 상기 로우 컨택과 컬럼 컨택을 전기적으로 연결하는 뉴로모픽 소자.
15. The method of claim 14,
The synapses each further include a row contact and a column contact,
And each of the resistance wirings electrically connects the row contact and the column contact.
제14항에 있어서,
상기 저항 배선은 서로 전기적으로 연결된 다수 개의 비아 플러그들을 포함하는 뉴로모픽 소자.
15. The method of claim 14,
Wherein the resistance wiring includes a plurality of via plugs electrically connected to each other.
제16항에 있어서,
상기 비아 플러그들은 상기 다수 개의 비아 플러들 사이의 적어도 하나의 패드를 더 포함하는 뉴로모픽 소자.
17. The method of claim 16,
Wherein the via plugs further comprise at least one pad between the plurality of via plugs.
제16항에 있어서,
상기 다수 개의 비아 플러그들은 다양한 단면적들 중 적어도 하나를 포함하는 뉴로모픽 소자.
17. The method of claim 16,
The plurality of via plugs including at least one of various cross-sectional areas.
제14항에 있어서,
상기 저항 배선들은 서로 다른 도핑 농도를 갖는 다수 개의 도핑 영역들 중 적어도 하나를 포함하는 뉴로모픽 소자.
15. The method of claim 14,
Wherein the resistance wirings comprise at least one of a plurality of doped regions having different doping concentrations.
제14항에 있어서,
상기 포스트-시냅틱 뉴런들은 상기 컬럼 라인들과 각각 전기적으로 연결된 포스트-시냅틱 회로들을 포함하고, 및
상기 포스트-시냅틱 회로들은 적분기 및 비교기를 포함하는 뉴로모픽 소자.
15. The method of claim 14,
Wherein the post-synaptic neurons include post-synaptic circuits electrically connected to the column lines, respectively, and
Wherein the post-synaptic circuits comprise an integrator and a comparator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019093724A1 (en) * 2017-11-07 2019-05-16 포항공과대학교산학협력단 Capacitance-based multi-layer synapse device and manufacturing method therefor
KR20200110701A (en) * 2018-01-23 2020-09-24 아나플래시 인코포레이티드 Neural network circuit with nonvolatile synaptic arrangement

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