Phương pháp mô hình hóa điện trở dây trong mảng vi điện trở nhớ ứng dụng trong mạng nơ ron nhân tạo

Trong bài viết này, tác giả đề xuất phương pháp mô hình hóa điện trở dây sử dụng điện trở tương đương. Điện trở tương đương được xác định bằng cách sử dụng phương pháp xếp chồng khi phân tích mạch. Phương pháp đề xuất cho sai lệch chỉ 1.7% khi điện trở dây thay đổi từ 0.5 đến 2.5 Ω so với phương pháp thông thường.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phương pháp mô hình hóa điện trở dây trong mảng vi điện trở nhớ ứng dụng trong mạng nơ ron nhân tạo Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 20 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA ĐIỆN TRỞ DÂY TRONG MẢNG VI ĐIỆN TRỞ NHỚ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG NƠ-RON NHÂN TẠO A MODELLING METHOD OF WIRE RESISTANCE IN MEMRISTOR CROSSBAR ARRAY FOR ARTIFICIAL NEURAL NETWORK Trương Ngọc Sơn Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, Việt Nam Ngày toà soạn nhận bài 4/3/2020, ngày phản biện đánh giá 19/3/2020, ngày chấp nhận đăng 30/3/2020.TÓM TẮT Mảng vi điện trở nhớ được ứng dụng nhiều để thực thi các mạng nơ-ron nhân tạo. Một trongcác yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của mảng vi điện trở nhớ là điện trở dây kim loại. Thôngthường, điện trở dây kim loại được mô hình hóa bằng các điện trở có giá trị nhỏ nằm giữa cácgiao điểm. Phương pháp mô hình hóa này làm cho số lượng phần tử mạch tăng gấp 3 lần khi xétđến sự có mặt của các điện trở dây và gây khó khăn cho quá trình phân tích và mô phỏng mạch.Trong bài báo này, tác giả đề xuất phương pháp mô hình hóa điện trở dây sử dụng điện trở tươngđương. Điện trở tương đương được xác định bằng cách sử dụng phương pháp xếp chồng khiphân tích mạch. Phương pháp đề xuất cho sai lệch chỉ 1.7% khi điện trở dây thay đổi từ 0.5 đến2.5 Ω so với phương pháp thông thường. Số lượng phần tử mạch trong phương pháp đề xuấtgiảm đi 1/3 lần so với phương pháp thông thường, góp phần làm cho quá trình phân tích và môphỏng mạch nhanh hơn. Cụ thể, sử dụng phương pháp mô hình hóa điện trở dây bằng điện trởtương đương chỉ mất 11.7 giây để phân tích mô phỏng mạch bằng phần mềm Candence Spectre,trong khi phương pháp thông thường mất 108.92 giây, khi sử dụng cùng phần mềm phân tích vàmô phỏng mạch. Phương pháp được đề xuất cho phép mô phỏng các mảng vi điện trở nhớ kíchthước lớn hơn mà phương pháp thông thường mất nhiều thời gian để phân tích và mô phỏng.Từ khóa: Vi điện trở nhớ; Mảng vi điện trở nhớ; Điện trở dây; Mạng nơ-ron.ABSTRACT Memristor crossbar arrays are potential for realizing artificial neural networks. It is due tothe fact that memristor crossbars are low power consumption and small area occupation.However, the performance of crossbar array has limited by the wire resistance. The presence ofwire resistance makes the crossbar circuit more complicated for analyzing because the number ofcircuit elements increases remarkably. In this work, we propose a method for modelling wireresistance in crossbar-based circuits. Wire resistance is modeled by using a proposed equivalentwire resistance which is obtained by analyzing the crossbar circuit using superposition method. Toverify the accuracy of the proposed method, the crossbar circuit was tested for characterrecognition. The simulation result illustrated that the discrepancy of the output voltage betweenusing the conventional simulation method and the proposed method is as low as 1.7% on averagewhen wire resistance is varied from 0.5 to 2.5Ω. The advantage of the proposed method is thereduction of the simulation time. For the crossbar size of 64×26, the proposed method takes 11.7sfor simulation whereas the conventional method takes 108.92s.Keywords: Memristor; Memristor crossbar array; Wire resistance; Neutral network. thông và điện tích bởi Giáo sư Leon Chua1. GIỚI THIỆU năm 1971 [1]. Vi điện trở nhớ được xem như Memristor (Vi điện trở nhớ) được tìm ra phần tử thứ 4 bên cạnh 3 phần tử cơ bản cấutrên cơ sở lý thuyết về mối quan hệ giữa từ thành nên các mạch điện tử là điện trở, tụ Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 21điện và cuộn dây. Tuy nhiên, vi điện trở nhớ một mạng nơ-ron nhân tạo trong đó các trọngchỉ tồn tại trên lý thuyết vì chưa tìm ra hợp số có thể là âm hoặc dương [5]. Sau đó mộtchất nào phù hợp để chế tạo vi điện trở nhớ. nghiên cứu về thực thi mạng nơ-ron nhân tạoNăm 2008, phòng nghiên cứu HP đã chế tạo dựa trên kiến trúc được đề xuất đó cũng đượcvà thử nghiệm được vi điện trở nhớ đầu tiên công bố [6]. Các mảng vi điện trở nhớ trởdựa trên hợp chất ô-xit titan (TiO2) [2]. Vi nên tiềm năng cho việc thực thi các mạng nơ-điện trở nhớ bao gồm 2 lớp màng mỏng được ron nhân tạo để thay thế cho công nghệđặt giữa 2 đầu tiếp giáp kim loại như hình 1. CMOS trước đó. Tuy nhiên, tồn tại một số ...