用于穩(wěn)定的和有效的神經(jīng)形態(tài)設(shè)備間通信的mimo-ofdm系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于穩(wěn)定的和有效的神經(jīng)形態(tài)設(shè)備間通信的MIMO-OFDM系 統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年2月27日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?3/779,408的美國(guó)非臨時(shí)專(zhuān)利申 請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，在此通過(guò)引用將其全部并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)，特別是涉及用于設(shè)備間通信的多輸入多輸出（Mnro) 正交頻分復(fù)用（OFDM)系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明是在美國(guó)政府的支持下，基于國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA)授權(quán)的授權(quán)號(hào) 為HROO11-09-C-0001(SyNAPSE)而作出的。美國(guó)政府享有本發(fā)明中的一定權(quán)利。
【背景技術(shù)】
[0005] 神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)是可以被配置為運(yùn)行和建模生物大腦的功能的電子系統(tǒng)。這些系統(tǒng) 可包括模擬生物神經(jīng)元和突觸的處理元件或電路。隨著神經(jīng)元和突觸的數(shù)量的增加，由于 使用當(dāng)前工序的最大可用設(shè)備芯片尺寸的限制，需要多個(gè)神經(jīng)形態(tài)設(shè)備。
[0006] 地址事件表現(xiàn)（AER)是可在神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)中的設(shè)備間通信中使用的協(xié)議。該通信 是通過(guò)研究表示數(shù)據(jù)的動(dòng)作電位或尖峰來(lái)建模的。AER使用時(shí)間多路復(fù)用將來(lái)自多個(gè)神經(jīng) 元組的尖峰數(shù)據(jù)編譯到一個(gè)通信總線(xiàn)中。收發(fā)器通過(guò)以一個(gè)被稱(chēng)為地址事件的唯一的二進(jìn) 制數(shù)表示對(duì)每個(gè)軸突進(jìn)行編碼，從而對(duì)一小組高速線(xiàn)纜上的尖峰進(jìn)行編碼和解碼。神經(jīng)元 被分組到一起從而共享一個(gè)共用編碼器和解碼器，從而降低設(shè)備空間的需求。
[0007] 由路由器對(duì)尖峰事件中生成的地址包進(jìn)行傳遞和傳送，地址包在各個(gè)神經(jīng)形態(tài)系 統(tǒng)中使用。數(shù)據(jù)包以逐個(gè)神經(jīng)元的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳送。在每次數(shù)據(jù)包傳送過(guò)程中，數(shù)據(jù)包 被順序地解碼，從查詢(xún)表中搜索，傳送到路由器，最后傳遞到適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)神經(jīng)元。該類(lèi)型的 數(shù)據(jù)包傳送也被稱(chēng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，并會(huì)導(dǎo)致若干通信問(wèn)題。例如，數(shù)據(jù)速率和容量可能會(huì)受 到限制。此外，可能會(huì)發(fā)生死鎖和活鎖，這會(huì)不斷地推遲網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包的傳送而不能到達(dá) 目的地，從而導(dǎo)致尖峰中的時(shí)間錯(cuò)誤并影響具有尖峰時(shí)間相關(guān)可塑性（STDP)或其它時(shí)間 相關(guān)規(guī)則的設(shè)備的性能和精度。此外，如果系統(tǒng)遭遇流量堵塞或某個(gè)節(jié)點(diǎn)處的限制，可能會(huì) 發(fā)生系統(tǒng)故障。另一個(gè)可能發(fā)生的問(wèn)題是每個(gè)節(jié)點(diǎn)中的查詢(xún)表可能會(huì)耗費(fèi)大量的系統(tǒng)存儲(chǔ) 容量。
[0008] 經(jīng)歷了上述通信問(wèn)題的一些通信系統(tǒng)的實(shí)例包括：K. A. Boahen在2000年5 月的IEEE電路與系統(tǒng)匯刊II :模擬和數(shù)字信號(hào)處理的Vol. 47, No. 5, 416-434頁(yè)上的 "Point-to-point Connectivity between Neuromorphic Chips Using Address-Events'，； A. Merolla、J. V. Arthur、B. E. Shi 和 K. A. Boahen 在 2007 年 2 月的 IEEE 電路與系 統(tǒng)匯刊 I :普通論文，Vol. 54, No. 2, 301-311 頁(yè)上的 "Expandable Networks for Neuromorphic Chips" ；C. Bartolozz 和 G. Indiveri 在 Sensors 2009,9,5076-5098 頁(yè) 上的"Selective Attention in Multi-chip Address-Event Systems" ；J. Aweya 在 Journal of Systems Architecture，46(2000)483_511 頁(yè)上的"On the Design of IP routers Part I:Router Architectures" ；S. Felperin、P. Raghavan 和 E. Upfal 于 1996 年6 月在 IEEE Transaction on Computers，Vol. 45, No. 6, 704-7131996 年6 月上的 "A Theory of Wormhole Routing in Parallel Computers" ；S. Badrouchi、A. Zitoumi、 K. Torki 和 R. Tourki 在 Journal of Computer Science 1(3):429_436,2005 上的 "Asynchronous NoC Router Design" ；L. A. Plana、S. B. Furber、S. Temple、M. Khan、Y. Shi、 J. Wu 和 S. Yang 在 IEEE Design and Test of Computers，24(5) :454-463 頁(yè)，2007 年 9 月-10 月上的 "A GALS Infrastructure for Massively Parallel Multi-processor"； R. Serrano-Gotarredona、M. Oster、P. Lichtsteiner、A. Linares-Barranco、 R. Paz-Vicente、F. Gomez-Rodriguez、L. Camunas-Mesa、R. Berner、M. Rivas-Perez、 T.Delbruck、S.Liu、R. Douglas、P.Hafliger、G.Jimenez-Moreno、A. Civit Ballcels、 T.Serrano-Gotarredona^ A. J. Acosta-Jimenez 和 B.Linares-Barranco 在 IEEE Transactions on Neural Networks，Vol. 20,No. 9, 1417-1438 頁(yè)，2009 年 9 月上的 ^CAVIAR:A 45k Neuron, 5M Synapse, 12G Connects/s AER Hardware Sensory-Process ing-Learning-Actuating System for High-Speed Visual Object Recognition and Tracking";】· Wu 在曼徹斯特大學(xué)的博士論文"A Router for Massively-parallel Neural Simulation" ；M. Vetterli 在 IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing，Vol. 35, no. 3, 356-372 頁(yè)，1987 上的"A Theory of Multirate Filter Banks";P.P. Vaidyanathan 在 Prentice-Hall，1993 上的"Multirate Systems and Filter Banks" ；H. Scheuermann 和 H. Gockler 在 Proceeding of IEEE，Vol. 69, No. 11，1419-1450 頁(yè)，1981 年 11 月上的aA Comprehensive Survey of Digital Transmultiplexing Methods"。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 在一個(gè)方面，一種系統(tǒng)包括：多個(gè)神經(jīng)形態(tài)設(shè)備，每個(gè)設(shè)備具有發(fā)送器和接收器， 該神經(jīng)形態(tài)設(shè)備被配置為：1)至少部分地根據(jù)多個(gè)數(shù)據(jù)的目標(biāo)地址和頻帶將該多個(gè)數(shù)據(jù) 分離到多個(gè)并行通道中；2)對(duì)共享共用頻帶的多個(gè)數(shù)據(jù)中的選定數(shù)據(jù)進(jìn)行組合；3)對(duì)組合 的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送；所述系統(tǒng)還包括中心路由器，該中心路由器耦接到神經(jīng)形態(tài)設(shè)備，并具有 發(fā)送器和接收器，該中心路由器被配置為：1)在接收器處接收組合的數(shù)據(jù)，2)將組合的數(shù) 據(jù)分離為共享相同目標(biāo)地址的第一數(shù)據(jù)，3)將第一數(shù)據(jù)傳送給與目標(biāo)地址相關(guān)聯(lián)的多個(gè)神 經(jīng)形態(tài)設(shè)備中的另一個(gè)神經(jīng)形態(tài)設(shè)備。
[0010] 所述多個(gè)神經(jīng)形態(tài)設(shè)備可以被配置為使用分頻多路復(fù)用（FDM)和OFDM之一對(duì)多 個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，所述多個(gè)神經(jīng)形態(tài)設(shè)備可以包括MDTO設(shè)備。
[0011] 在另一方面，公開(kāi)了一種方法，其包括：至少部分地根據(jù)多個(gè)數(shù)據(jù)的目標(biāo)地址和頻 帶，在多個(gè)神經(jīng)形態(tài)設(shè)備上將多個(gè)數(shù)據(jù)分離到多個(gè)并行通道中；對(duì)共享共用頻帶的多個(gè)數(shù) 據(jù)中的選定數(shù)據(jù)進(jìn)行組合；對(duì)組合的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送；在中心路由器處接收組合的數(shù)據(jù)；分 離為共享相同目標(biāo)地址的第一數(shù)據(jù)；將第一數(shù)據(jù)傳送給與目標(biāo)地址相關(guān)聯(lián)的多個(gè)神經(jīng)形態(tài) 設(shè)備中的另一個(gè)神經(jīng)形態(tài)設(shè)備。
[0012] 通過(guò)研究下面的附圖和詳細(xì)描述，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的其它 設(shè)備、裝置、系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)是或者將會(huì)變得顯而易見(jiàn)。其目的是，所有這樣的 額外的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)都包含在該描述的范圍內(nèi)、包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)、并由隨 附權(quán)利要求所保護(hù)。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 通過(guò)參考下面的附圖可以更好地理解本發(fā)明。附圖中的各個(gè)組件不一定按比例繪 制，而是重點(diǎn)在于展示本發(fā)明的原理。附圖中，所有不同的視圖中的相同的附圖標(biāo)記指示相 應(yīng)的部分。
[0014] 圖1示出了根據(jù)本公開(kāi)的神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)；
[0015] 圖2示出了根據(jù)本公開(kāi)的神經(jīng)形態(tài)設(shè)備（NC)的發(fā)送器；
[0016] 圖3示出了根據(jù)本公開(kāi)的中心路由器的接收器；
[0017] 圖4示出了根據(jù)本公開(kāi)的中心路由器的發(fā)送器；
[0018] 圖5示出了根據(jù)本公開(kāi)的NC的接收器；
[0019] 圖6示出了根據(jù)本公開(kāi)的中心路由器；
[0020] 圖7示出了根據(jù)本公開(kāi)的尖峰事件從NC轉(zhuǎn)換為OFDM信號(hào)并在中心路由器中復(fù)原 的過(guò)程；
[0021] 圖8示出了根據(jù)本公開(kāi)的在中心路由器中將解調(diào)的尖峰事件轉(zhuǎn)換為OFDM信號(hào)并 在NC中復(fù)原為尖峰數(shù)據(jù)的過(guò)程；
[0022] 圖9示出了根據(jù)本公開(kāi)的NC的發(fā)送器，其包括插入到信號(hào)處理路徑中的用于適應(yīng) 各NC之間的尖峰的不均勻分布的尖峰感測(cè)模塊和通道編碼模塊；
[0023] 圖10示出了根據(jù)本公開(kāi)的中心路由器的發(fā)送器，其包括插入到信號(hào)處理路徑中 的用于適應(yīng)各NC之間的尖峰的不均勻分布的尖峰感測(cè)模塊和通道編碼模塊；以及
[0024] 圖11示出了根據(jù)本公開(kāi)的神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)的分級(jí)體系，其中多個(gè)MMO-OFDM系統(tǒng)通 過(guò)交換機(jī)相互耦接。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面公開(kāi)的每個(gè)額外的特征和教導(dǎo)都可以被單獨(dú)地使用，或者連同其它特征和教 導(dǎo)一起使用，從而提供用于穩(wěn)定的和有效的神經(jīng)形態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備間通信的設(shè)備、系統(tǒng)和/ 或方法?，F(xiàn)將參照