專利名稱：面積有效仿神經(jīng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及仿神經(jīng)電路，更具體地說，涉及使用可變電阻器的仿神經(jīng)電路 的面積有效(area efficient)實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
仿神經(jīng)系統(tǒng)又稱為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是允許電子系統(tǒng)基本上以與生物腦相似的方式 運(yùn)作的計(jì)算系統(tǒng)。一般地，仿神經(jīng)系統(tǒng)不利用操作0和1的傳統(tǒng)數(shù)字模式。相反，仿神經(jīng)系 統(tǒng)在處理基元之間創(chuàng)建連接，處理基元的功能基本上等價(jià)于生物腦的神經(jīng)元。仿神經(jīng)系統(tǒng) 可以包括建模生物神經(jīng)元的各種電子電路。在生物系統(tǒng)中，神經(jīng)元的軸突和在另一個(gè)神經(jīng)元上的樹突之間的接觸點(diǎn)稱為突 觸，并且關(guān)于突觸，兩個(gè)神經(jīng)元分別稱為前突觸和后突觸。單獨(dú)的人類經(jīng)驗(yàn)的要素儲(chǔ)存在突 觸的電導(dǎo)率中。突觸電導(dǎo)率根據(jù)前突觸和后突觸神經(jīng)元的相對(duì)尖峰時(shí)間，根據(jù)每個(gè)尖峰時(shí) 間依賴可塑性(STDP)，隨時(shí)間變化。如果在突觸的突觸前神經(jīng)元激發(fā)之后突觸的突觸后神 經(jīng)元激發(fā)，那么STDP增加突觸的電導(dǎo)率，并且如果兩個(gè)激發(fā)的次序反轉(zhuǎn)則降低突觸的電導(dǎo) 率。另外，該變化依賴于兩個(gè)事件之間的精確延遲，以便延遲越大，變化的幅度越小。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明在第一方面提供一種仿神經(jīng)電路，該電路包括第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管， 處于在所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第一柵極和第一漏極之間建立電連接的第一二極管配 置；第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管，處于在所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第二柵極和第二漏極之間建 立電連接的第二二極管配置；可變電阻材料，電連接到所述第一漏極和所述第二漏極二者，所述可變電阻材料 提供可編程電阻值；第一結(jié)，電連接到所述可變電阻材料并提供到神經(jīng)元電路的輸出的第 一連接點(diǎn)；以及第二結(jié)，電連接到所述可變電阻材料并提供到所述神經(jīng)元電路的所述輸出 的第二連接點(diǎn)。仿神經(jīng)電路還可以包括第三結(jié)，電連接到所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第一源極，所 述第三結(jié)提供到第二神經(jīng)元電路的輸入的連接點(diǎn)；以及第四結(jié)，電連接到所述第二場(chǎng)效應(yīng) 晶體管的第二源極，所述第四結(jié)提供到第三神經(jīng)元電路的輸入的連接點(diǎn)。優(yōu)選地，制定所述 第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管、所述第一結(jié)、所述第三結(jié)和所述可變電阻材料的一部分的尺寸以適合 六個(gè)特征乘六個(gè)特征的第一區(qū)域；以及制定所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管、所述第二結(jié)、所述第四 結(jié)和所述可變電阻材料的剩余部分的尺寸以適合六個(gè)特征乘六個(gè)特征的第二區(qū)域，所述第 二區(qū)域鄰近所述第一區(qū)域，以及其中根據(jù)用于實(shí)現(xiàn)所述仿神經(jīng)電路的制造方法來制定所述特征的尺寸。優(yōu)選地，所述第一柵極被電耦合到所述第一結(jié)，以提供旁路所述可變電阻材料 的從所述第一結(jié)到所述第一柵極的電流路徑。優(yōu)選地，所述第一柵極被電耦合到所述可變 電阻材料，以提供經(jīng)過所述可變電阻材料的從所述第一結(jié)到所述第一柵極的電流路徑。優(yōu) 選地，所述仿神經(jīng)電路與附加的仿神經(jīng)電路組合以形成具有外部界面的突觸塊，所述外部 界面被配置為將到所述突觸塊的連接均勻分布。優(yōu)選地，所述可變電阻材料是關(guān)于流經(jīng)所 述第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電流具有單獨(dú)的可編程電阻值的材料的島，并且所述可變電 阻材料選自下述材料中的一種相變材料、金屬氧化物、磁隧道結(jié)以及有機(jī)薄膜從第二方面看，提供一種仿神經(jīng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括多個(gè)突觸塊，電連接到多個(gè)神經(jīng)元電路塊，所述多個(gè)突觸塊包括以縱橫配置設(shè)置 的多個(gè)仿神經(jīng)電路，每個(gè)仿神經(jīng)電路包括處于二極管配置的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，電連接到可變 電阻材料，所述可變電阻材料提供可編程電阻值；第一結(jié)，電連接到所述可變電阻材料和一 個(gè)或多個(gè)所述神經(jīng)元電路塊的輸出；以及第二結(jié)，電連接到所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管和一個(gè)或多 個(gè)所述神經(jīng)元電路塊的輸入。優(yōu)選地，所述多個(gè)神經(jīng)元電路塊還包括軸突以輸出信號(hào)以及 樹突以接收信號(hào)，對(duì)于每個(gè)神經(jīng)元電路塊的在共同位置處放置軸突和樹突。優(yōu)選地，多個(gè)神 經(jīng)元電路模塊相對(duì)于多個(gè)突觸塊以一定角度取向。優(yōu)選地，至少一個(gè)突觸塊被嵌入至少一 個(gè)神經(jīng)元電路模中。優(yōu)選地，四個(gè)或更多的突觸塊以平面拼貼(planar tile)配置鄰近至 少一個(gè)神經(jīng)元電路塊。優(yōu)選地，突觸塊是交錯(cuò)的，以便在鄰近的突觸塊之間出現(xiàn)至少一個(gè)水 平或垂直連接點(diǎn)的位置移位。在第三方面，提供了一種實(shí)現(xiàn)面積有效仿神經(jīng)系統(tǒng)的方法，所述方法包括以第 一二極管配置連接第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管；以第二二極管配置連接第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管；將所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管和所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管電連接到可變電阻材料，所述 可變電阻材料提供可編程電阻值；將第一結(jié)連接到所述可變電阻材料以提供到神經(jīng)元電路的輸出的第一連接點(diǎn)；以 及將第二結(jié)連接到所述可變電阻材料連接以提供到所述神經(jīng)元電路的所述輸出的第二連 接點(diǎn)。所述方法還可包括將第三結(jié)電連接到所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第三結(jié)提供 到第二神經(jīng)元電路的輸入的連接點(diǎn)，其中制定所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管、所述第一結(jié)、所述第 三結(jié)和所述可變電阻材料的一部分的尺寸以適合六個(gè)特征乘六個(gè)特征的第一區(qū)域；以及將 第四結(jié)電連接到所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第四結(jié)提供到第三神經(jīng)元電路的輸入的連接 點(diǎn)，其中制定所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管、所述第二結(jié)、所述第四結(jié)和所述可變電阻材料的剩余 部分的尺寸以適合六個(gè)特征乘六個(gè)特征的第二區(qū)域，所述第二區(qū)域鄰近所述第一區(qū)域，以 及其中根據(jù)用于實(shí)現(xiàn)所述仿神經(jīng)電路的制造方法來制定所述特征的尺寸。所述方法還可以 包括提供旁路所述可變電阻材料的從所述第一結(jié)到所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第一柵極的 電流路徑。所述方法還包括提供經(jīng)過所述可變電阻材料的從所述第一結(jié)到所述第一場(chǎng)效 應(yīng)晶體管的第一柵極的電流路徑。所述方法還包括組合所述仿神經(jīng)電路與附加的仿神經(jīng) 電路以形成突觸塊；以及將到所述仿神經(jīng)電路的一個(gè)或多個(gè)連接偏移以將到所述突觸塊的 外部界面的所述一個(gè)或多個(gè)連接均勻分布。在第四方面，提供了一種實(shí)現(xiàn)面積有效仿神經(jīng)系統(tǒng)的方法，所述方法包括將多個(gè) 突觸塊電連接到多個(gè)神經(jīng)元電路塊，所述多個(gè)突觸塊包括多個(gè)仿神經(jīng)電路，每個(gè)仿神經(jīng)電路如下實(shí)現(xiàn)將處于二極管配置的場(chǎng)效應(yīng)晶體管電連接到可變電阻材料，所述可變電阻材 料提供可編程電阻值；將第一結(jié)電連接到所述可變電阻材料和一個(gè)或多個(gè)所述神經(jīng)元電路 塊的輸出；以及將第二結(jié)連接到所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管和一個(gè)或多個(gè)所述神經(jīng)元電路塊的輸 入。優(yōu)選地，所述多個(gè)神經(jīng)元電路模塊還包括軸突以輸出信號(hào)以及樹突以接收信號(hào)，并且所 述方法還包括對(duì)于每個(gè)神經(jīng)元電路塊，在共同的位置處放置軸突和樹突。所述方法還可以 包括相對(duì)于多個(gè)突觸塊以一定角度定向多個(gè)神經(jīng)元電路塊。所述方法還可以包括將至 少一個(gè)突觸塊嵌入在至少一個(gè)神經(jīng)元電路塊中。還提供了一種有形的包含在機(jī)器可讀介質(zhì)中的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，用于設(shè)計(jì)、制造或檢測(cè) 集成電路，所述設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)包括多個(gè)突觸塊，電連接到多個(gè)神經(jīng)元電路塊，所述多個(gè)突觸塊 包括多個(gè)仿神經(jīng)電路，每個(gè)仿神經(jīng)電路包括處于二極管配置的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，電連接到可 變電阻材料，所述可變電阻材料提供可編程電阻值；第一結(jié)，電連接到所述可變電阻材料和 一個(gè)或多個(gè)所述神經(jīng)元電路塊的輸出；以及第二結(jié)，電連接到所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管和一個(gè)或 多個(gè)所述神經(jīng)元電路塊的輸入。優(yōu)選地，包括網(wǎng)表并且作為用于集成電路版圖(layout)數(shù) 據(jù)交換的數(shù)據(jù)格式儲(chǔ)存在存儲(chǔ)介質(zhì)上?！獋€(gè)不范性實(shí)施例是一種仿神經(jīng)電路，所述電路包括第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管，處于在 所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第一柵極和第一漏極之間建立電連接的第一二極管配置。所述仿 神經(jīng)電路還包括第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管，處于在所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第二柵極和第二漏 極之間建立電連接的第二二極管配置。所述仿神經(jīng)電路還包括可變電阻材料，電連接到所 述第一漏極和所述第二漏極二者，其中所述可變電阻材料提供可編程電阻值。所述仿神經(jīng) 電路附加地包括第一結(jié)，電連接到所述可變電阻材料并提供到神經(jīng)元電路的輸出的第一 連接點(diǎn)；以及第二結(jié)，電連接到所述可變電阻材料并提供到所述神經(jīng)元電路的所述輸出的 第二連接點(diǎn)。另一個(gè)示范性實(shí)施例為一種仿神經(jīng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括多個(gè)突觸塊，電連接到多 個(gè)神經(jīng)元電路塊。所述多個(gè)突觸塊包括多個(gè)仿神經(jīng)電路。每個(gè)仿神經(jīng)電路包括處于二極管 配置的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，電連接到可變電阻材料，其中所述可變電阻材料提供可編程電阻值。 每個(gè)仿神經(jīng)電路還包括第一結(jié)，電連接到所述可變電阻材料和一個(gè)或多個(gè)所述神經(jīng)元電 路塊的輸出；以及第二結(jié)，電連接到所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管和一個(gè)或多個(gè)所述神經(jīng)元電路塊的 輸入。另一個(gè)示范性實(shí)施例是一種用于實(shí)現(xiàn)面積有效仿神經(jīng)電路的方法。所述方法包 括以第一二極管配置連接第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管；以及以第二二極管配置連接第二場(chǎng)效應(yīng)晶 體管。所述方法還包括將所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管和所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管電連接到可變 電阻材料，其中所述可變電阻材料提供可編程電阻值。所述方法還包括將第一結(jié)連接到所 述可變電阻材料以提供到神經(jīng)元電路的輸出的第一連接點(diǎn)；以及將第二結(jié)連接到所述可變 電阻材料以提供到所述神經(jīng)元電路的所述輸出的第二連接點(diǎn)。結(jié)合下述附圖和詳細(xì)描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白根據(jù)實(shí)施例的其它系統(tǒng)、方 法、裝置和/或設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。旨在所有這樣的附加的系統(tǒng)、方法、裝置和/或設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)包括在 本說明書中，并在本發(fā)明的范圍內(nèi)，以及由所附權(quán)利要求保護(hù)。


現(xiàn)在將參考附圖僅作為實(shí)例來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1示出了可在示范性實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的縱橫(crossbar)配置的仿神經(jīng)電路的實(shí) 例；圖2示出了可以在示范性實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的仿神經(jīng)電路的實(shí)例；圖3示出了圖2的仿神經(jīng)電路的面積有效版圖的實(shí)例；圖4示出了可以在示范性實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的仿神經(jīng)電路的另一個(gè)實(shí)例；圖5示出了圖4的仿神經(jīng)電路的面積有效版圖的實(shí)例；圖6示出了可以在示范性實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的仿神經(jīng)電路的突觸塊的實(shí)例；圖7示出了可在示范性實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的與使用仿神經(jīng)電路的突觸縱橫互連的神 經(jīng)元系統(tǒng)的實(shí)例；圖8示出了在示范性實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的神經(jīng)元電路塊和突觸塊的實(shí)例版圖；圖9示出了在示范性實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的神經(jīng)元電路塊和突觸塊的另一實(shí)例版圖；圖10示出了在示范性實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的神經(jīng)元電路塊和突觸塊的附加實(shí)例版圖；圖11示出了用于實(shí)現(xiàn)示范性實(shí)施例中的面積有效仿神經(jīng)電路的系統(tǒng)的方法實(shí) 例；以及圖12是在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)、制造和/或測(cè)試中使用的設(shè)計(jì)過程的流程圖。
具體實(shí)施例方式提供這里描述的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例用于仿神經(jīng)電路的面積有效實(shí)現(xiàn)。示范性實(shí) 施例提供仿神經(jīng)系統(tǒng)，其在具有由可編程電阻器形成的陣列的結(jié)的縱橫陣列中，基于尖峰 時(shí)間依賴可塑性(STDP)實(shí)現(xiàn)峰值形成(spiking)計(jì)算?？梢允褂孟嘧儾牧?PCM)、金屬氧 化物、磁隧道結(jié)、有機(jī)薄膜或其它配置為提供單極可變電阻器的材料實(shí)現(xiàn)可編程電阻器。例 如，在PCM的情況下，電阻隨著晶體和非晶狀態(tài)變化，其中可以通過控制PCM的加熱和冷卻 編程電阻值。具有納米尺度突觸器件的集成互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)神經(jīng)元電路塊 可以制造高密度并且完全連接的人工仿神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，例如，實(shí)現(xiàn)大于1010突觸/cm2的突觸密 度。圖1示出了在示范性實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的縱橫配置的具有基于二極管和電阻器的仿 神經(jīng)電路的系統(tǒng)10的實(shí)例。在此實(shí)例中，神經(jīng)元電路塊Nl、N2、N3和N4設(shè)置在列12中， 并且神經(jīng)元電路塊N5、N6、N7和N8設(shè)置在行14中。由等價(jià)二極管和電阻器電路形成的突 觸器件形成列12和行14之間縱橫連接。例如，突觸器件16包括在神經(jīng)元電路塊N1和N8 之間串聯(lián)的等價(jià)二極管D1和電阻器R1。類似地，突觸器件18包括在神經(jīng)元電路塊N2和 N8之間串聯(lián)的等價(jià)二極管D2和電阻器R2。電阻器R1和R2是可變/可編程電阻器以支 持STDP。示范性實(shí)施例包括系統(tǒng)10的面積有效實(shí)現(xiàn)，其使用二極管配置的場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET )結(jié)合共享的可變電阻材料的島以獲得高密度解決方案。為了實(shí)現(xiàn)高密度人工仿神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使用了利用可變電阻材料的仿神經(jīng)電路的面積 有效實(shí)現(xiàn)。圖2示出了在示范性實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的使用可變電阻材料的仿神經(jīng)電路的實(shí)例。 圖2示出了縱橫配置的四個(gè)突觸器件作為仿神經(jīng)電路102、104、106和108。線110和112 表示樹突連接，并且線114和116表示軸突連接，其中信號(hào)在人工仿神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)元之 間從軸突輸出流向樹突輸入。仿神經(jīng)電路102-108的每一個(gè)包括處于二極管配置的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。例如，仿神經(jīng)電路102包括FET 118，其中在結(jié)125處FET 118的源極124被 電連接到線110。在結(jié)126處，F(xiàn)ET 118的柵極120被電連接到可變電阻材料128和線114。 可變電阻材料128還與FET 118的漏極122電連接。仿神經(jīng)電路102的配置允許FET 118 用作二極管，其中響應(yīng)于柵極120處的超過閾值的電壓建立線114和110之間的電連接?？?變電阻材料128在漏極122和結(jié)126之間的部分作為電阻器128a出現(xiàn)，當(dāng)通過FET 118建 立電連接時(shí)導(dǎo)致線114和110之間的電壓降。類似于仿神經(jīng)電路102，仿神經(jīng)電路104包括FET 130，其中FET 130的源極136 在結(jié)137處被電連接到線112。在結(jié)138處，F(xiàn)ET 130的柵極132被電連接到可變電阻材 料128和線114?？勺冸娮璨牧?28還與FET130的漏極134電連接?？勺冸娮璨牧?28在 漏極134和結(jié)138之間的部分作為電阻器128b出現(xiàn)，當(dāng)通過FET 130建立電連接時(shí)導(dǎo)致線 114和112之間的電壓降。在仿神經(jīng)電路102和104兩者之間共享可變電阻材料128使得 突觸對(duì)的面積有效設(shè)計(jì)成為可能。雖然僅有一個(gè)可變電阻材料128的島，但是此配置有效 地導(dǎo)致連接到FET 118和130的兩個(gè)獨(dú)立電阻器128a和128b。因此，在線114上有兩個(gè) FET 118和130，其每一個(gè)都具有自身的電阻器128a和128b。仿神經(jīng)電路102和104的對(duì) 還支持線114上的軸突信號(hào)的分配，該信號(hào)被電阻器128a和128b調(diào)制并作為線110和112 上的樹突信號(hào)被分配。仿神經(jīng)電路102和104的版圖可以水平和垂直延伸以支持在神經(jīng)元 之間的大量突觸連接。仿神經(jīng)電路106和108表示另一對(duì)仿神經(jīng)電路，具有與仿神經(jīng)電路102和104相 同的設(shè)計(jì)。仿神經(jīng)電路106包括FET 140，其中FET 140的源極146在結(jié)147處被電連接到 線110。在結(jié)148處，F(xiàn)ET 140的柵極142被電連接到可變電阻材料150和線116?？勺冸?阻材料150還與FET 140的漏極144電連接?？勺冸娮璨牧?50在漏極144和結(jié)148之間 的部分作為電阻器150a出現(xiàn)，當(dāng)通過FET 140建立電連接時(shí)導(dǎo)致線116和線110之間的電 壓降。仿神經(jīng)電路108包括FET 152，其中FET 152的源極158在結(jié)159處被電連接到 線112。在結(jié)160處，F(xiàn)ET 152的柵極154被電連接到可變電阻材料150和線116?？勺冸?阻材料150還與FET 152的漏極156電連接?？勺冸娮璨牧?50在漏極156和結(jié)160之間 的部分作為電阻器150b出現(xiàn)，當(dāng)通過FET 152建立電連接時(shí)導(dǎo)致線116和112之間的電壓 降。共享在仿神經(jīng)電路106和108兩者之間的可變電阻材料150使得突觸對(duì)的面積有效設(shè) 計(jì)成為可能。圖3示出了圖2的仿神經(jīng)電路的面積有效版圖的實(shí)例，其中仿神經(jīng)電路202、204、 206和208等價(jià)于圖2的仿神經(jīng)電路102、104、106和108。結(jié)210是仿神經(jīng)電路202連接樹 突線的連接點(diǎn)，如圖2的連接到線110的結(jié)125。結(jié)210連接到由半導(dǎo)體214選通(gated) 的導(dǎo)電路徑212。半導(dǎo)體214等價(jià)于圖2的FET 118的柵極120。雖然稱為半導(dǎo)體214，在 一個(gè)實(shí)施例中，可以多晶硅實(shí)現(xiàn)圖2的FET 118的柵極120。金屬線216將半導(dǎo)體214電連 接到結(jié)218，其中結(jié)218等價(jià)于圖2的結(jié)126。結(jié)218還被連接到可變電阻材料220的島。 結(jié)218是其中仿神經(jīng)電路202連接到如圖2的線114的軸突線的連接點(diǎn)。類似于仿神經(jīng)電路202，仿神經(jīng)電路204在結(jié)222處連接到如圖2的線112的樹 突線。結(jié)222等價(jià)于圖2的結(jié)137并且連接到被半導(dǎo)體226選通的導(dǎo)電路徑224。半導(dǎo)體 226等價(jià)于圖2的FET 130的柵極132。再次，可選地，可以多晶硅中實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體226。金屬線228將半導(dǎo)體226電連接到結(jié)230，其中結(jié)230等價(jià)于圖2的結(jié)138。結(jié)230同樣連接到 可變電阻材料220的島。結(jié)230是其中仿神經(jīng)電路204連接到如圖2的線114的軸突線的 連接點(diǎn)。在仿神經(jīng)電路202和204兩者之間共享可變電阻材料220使得突觸對(duì)的面積有效 設(shè)計(jì)成為可能。仿神經(jīng)電路206和208表示另一對(duì)仿神經(jīng)電路，具有與仿神經(jīng)電路202和204相 同的設(shè)計(jì)。在結(jié)232處，仿神經(jīng)電路206與如圖2的線110的樹突線連接。結(jié)232等價(jià)于 圖2的結(jié)147并且與由半導(dǎo)體236選通的導(dǎo)電路徑234連接。半導(dǎo)體236等價(jià)于圖2的 FET 140的柵極142。金屬線238將半導(dǎo)體236電連接到結(jié)240，其中結(jié)240等價(jià)于圖2的 結(jié)148。結(jié)240同樣連接到可變電阻材料242的島。結(jié)240是其中仿神經(jīng)電路206連接到 如圖2的線116的軸突線的連接點(diǎn)。在結(jié)224處，仿神經(jīng)電路208連接到如圖2的線112 的樹突線。結(jié)224等價(jià)于圖2的結(jié)159并且連接到由半導(dǎo)體248選通的導(dǎo)電路徑246。半 導(dǎo)體248等價(jià)于圖2的FET 152的柵極154。金屬線250將半導(dǎo)體248電連接到結(jié)252，其 中結(jié)252等價(jià)于圖2的結(jié)160。結(jié)252也連接到可變電阻材料242的島。結(jié)252是其中仿 神經(jīng)電路208連接到如圖2的線116的軸突線的連接點(diǎn)。在仿神經(jīng)電路206和208兩者之 間共享可變電阻材料242的島使得突觸對(duì)的面積有效設(shè)計(jì)成為可能。如圖3所示，每個(gè)仿神經(jīng)電路202-208的版圖適合方形的三十六個(gè)特征(六個(gè)特征 長(zhǎng)和六個(gè)特征寬)，其中導(dǎo)電路徑212，224，234和246的每一都是兩個(gè)特征寬?？勺冸娮璨?料220的島的一部分適合仿神經(jīng)電路202的6X6區(qū)域，而可變電阻材料220的剩余部分適 合鄰近的仿神經(jīng)電路204的6X6區(qū)域。本文中，“特征”被相對(duì)于實(shí)現(xiàn)技術(shù)而定尺寸。例 如，特征尺寸可以是依賴于使用的半導(dǎo)體制備工藝的32nm,45nm,90nm等等。當(dāng)半導(dǎo)體制 備工藝進(jìn)一步改進(jìn)時(shí)，更小的特征尺寸如22nm, 16nm, llnm等等可以用于實(shí)現(xiàn)仿神經(jīng)電路 202-208。圖3中示出了示范性版圖，該版圖在仿神經(jīng)電路202-208之間提供間隔余量和在 仿神經(jīng)電路202-208中的元件的交疊。共享可變電阻材料220的島的仿神經(jīng)電路202和 204的對(duì)相對(duì)于彼此具有相反的取向。例如，半導(dǎo)體214可以向可變電阻材料220的島的右 側(cè)延伸兩個(gè)特征，而半導(dǎo)體226可以向可變電阻材料220的島的左側(cè)延伸兩個(gè)特征。仿神 經(jīng)電路206和208的對(duì)可以具有與仿神經(jīng)電路對(duì)202和204相同的取向，這使得對(duì)與對(duì)之 間緊密對(duì)準(zhǔn)。圖4示出了可以在示范性實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的使用可變電阻材料的仿神經(jīng)電路的另 一個(gè)實(shí)例。類似于圖2，圖4示出了在縱橫配置中的四個(gè)仿神經(jīng)電路302，304，306和308。 線310和312表示樹突連接，并且線314和316表示軸突連接，其中信號(hào)在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中 的神經(jīng)元之間從軸突流向樹突。每個(gè)仿神經(jīng)電路302-308包括二極管配置的FET。例如， 仿神經(jīng)電路302包括FET 318，其中FET 318的柵極320與FET 318的漏極322電連接并 且FET 318的源極324在結(jié)325處被電連接到線310。在結(jié)326處，可變電阻材料328與線 314電連接。然而，與圖2相反，F(xiàn)ET 318的柵極320不與結(jié)326連接；相反，柵極320連接 在可變電阻材料328外部的FET318的漏極322。當(dāng)在柵極320之前出現(xiàn)跨可變電阻材料 328的電壓降時(shí)，此實(shí)施例可以將在線314上要求的電壓增加到超過FET 302的柵極320的 閾值?？勺冸娮璨牧?28還與FET 318的漏極322電連接。仿神經(jīng)電路302的配置仍允許 FET 318用作二極管，其中響應(yīng)于柵極320處的超過用于切換的閾值的電壓而建立線314和 310之間的電連接?？勺冸娮璨牧?28在漏極322和結(jié)326之間的部分作為電阻器328a出現(xiàn)，當(dāng)通過FET 318建立電連接時(shí)導(dǎo)致線314和線310之間的電壓降。類似于仿神經(jīng)電路302，仿神經(jīng)電路304包括FET330，其中FET 330的柵極332 與FET 330的漏極334電連接并且FET 330的源極336與線312在結(jié)337處電連接。在 結(jié)338處，可變電阻材料328與線314電連接。再次，柵極332與可變電阻材料328外部的 FET 330的漏極334連接，并且柵極332沒有直接與結(jié)338連接。可變電阻材料328還與 FET 330的漏極334電連接?？勺冸娮璨牧?28在漏極334和結(jié)338之間的部分作為電阻 器328b出現(xiàn)，當(dāng)通過FET 330建立電連接時(shí)導(dǎo)致線314和線312之間的電壓降。在仿神經(jīng) 電路302和304兩者之間共享可變電阻材料328使得突觸對(duì)的面積有效設(shè)計(jì)成為可能。雖 然僅有一個(gè)可變電阻材料328的島，但是此配置有效導(dǎo)致連接到FET 318和330的兩個(gè)獨(dú) 立電阻器328a和328b。因此，在線314上存在兩個(gè)FET 318和330，其每一個(gè)都具有自身 的電阻器328a和328b。仿神經(jīng)電路302和304的對(duì)還支持線314上的軸突信號(hào)的分配，其 作為線310和312上的樹突信號(hào)被同時(shí)分配。仿神經(jīng)電路302和304的版圖可以水平和垂 直延伸以支持在神經(jīng)元之間的大量突觸連接。仿神經(jīng)電路306和308表示另一對(duì)仿神經(jīng)電路，具有與仿神經(jīng)電路302和304相 同的設(shè)計(jì)。仿神經(jīng)電路306包括FET 340，其中FET 340的柵極342與FET 340的漏極344 電連接，并且FET 340的源極346與線310在結(jié)347處電連接。再次，柵極342與可變電阻 材料350外部的FET 340的漏極344連接，并且柵極342沒有直接與結(jié)348連接?？勺冸娮?材料350還與FET 340的漏極344電連接?？勺冸娮璨牧?50在漏極344和結(jié)348之間的 部分作為電阻器350a出現(xiàn)，當(dāng)通過FET 340建立電連接時(shí)導(dǎo)致線316和線310之間的電壓 降。仿神經(jīng)電路308包括FET352，其中FET 352的柵極354與FET 352的漏極356電連接 并且FET 352的源極358與線312在結(jié)359處電連接。柵極354與可變電阻材料350外部 的FET 352的漏極356連接，并且柵極354沒有直接與結(jié)360連接?？勺冸娮璨牧?50還 與FET 352的漏極356電連接?？勺冸娮璨牧?50在漏極356和結(jié)360之間的部分作為電 阻器350b出現(xiàn)，當(dāng)通過FET 352建立電連接時(shí)導(dǎo)致線316和線312之間的電壓降。在仿神 經(jīng)電路306和308兩者之間共享可變電阻材料350使得突觸對(duì)的面積有效設(shè)計(jì)成為可能。圖5示出了圖4的仿神經(jīng)電路的面積有效版圖的實(shí)例，其中仿神經(jīng)電路402、404、 406和408等價(jià)于圖4的仿神經(jīng)電路302、304、306和308。結(jié)410是其中仿神經(jīng)電路402 連接如圖4的線310的樹突線的連接點(diǎn)。結(jié)410等價(jià)于圖4的結(jié)325并且連接到由半導(dǎo)體 414選通的導(dǎo)電路徑412。半導(dǎo)體414等價(jià)于圖4的FET 318的柵極320。金屬線416將半 導(dǎo)體414電連接到金屬線417，金屬線417依次連接到可變電阻材料420的島。結(jié)418等價(jià) 于圖4的結(jié)326，其將仿神經(jīng)電路402的可變電阻材料420的島連接到如圖4的線314的 軸突線。因此，來自軸突線的電流經(jīng)過結(jié)418和可變電阻材料420的島(流經(jīng)金屬線417和 416之前)并到達(dá)半導(dǎo)體414。這導(dǎo)致在半導(dǎo)體414的柵極(例如，圖4的柵極320)之前的 跨可變電阻材料420的島的電壓降。類似于仿神經(jīng)電路402，仿神經(jīng)電路404在結(jié)422處連接到如圖4的線312的樹 突線。結(jié)422等價(jià)于圖4的結(jié)337并且連接到由半導(dǎo)體426選通的導(dǎo)電路徑424。半導(dǎo)體 426等價(jià)于圖4的FET 330的柵極332。金屬線428將半導(dǎo)體426電連接到金屬線429，金 屬線429依次連接到可變電阻材料420的島。結(jié)430等價(jià)于圖4的結(jié)338，其將仿神經(jīng)電路 404的可變電阻材料420的島連接到如圖4的線314的軸突線。在仿神經(jīng)電路402和404
406 m 408402 ^R 404 *@1*1 Wì&ì+ o 406 432 &b%￡n 4 Wéê 310 aW^^àa c- ^R 432 Wf7
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532o508 nJKf # 534502 nJ^f # 536
tpfàf 534 ^HtX àfê 526,f # 536 ^HtX àfê 5280 ^U^-M 522 ^R 524502-508500M ,
W#^7ü ^ W í0] 7神經(jīng)元系統(tǒng)600的實(shí)例。系統(tǒng)600包括具有互連軸突604和樹突606的多個(gè)神經(jīng)元電路塊 602。水平線608將軸突604和樹突606連接到縱橫連接格柵612的垂直線610。突觸塊 614可以控制在軸突604和垂直線610之間的信號(hào)傳播?？梢允褂眠B接器616將信號(hào)從垂 直線610傳遞到樹突606?？梢匀鐖D2-5中所描述的實(shí)現(xiàn)突觸塊614，其中使用相變材料作 為可編程電阻器以建模突觸性能。圖7的系統(tǒng)600使得給定神經(jīng)元電路塊的軸突和所有其 它神經(jīng)元電路塊的樹突之間能夠同時(shí)通信。相對(duì)于作為參考軸的水平線608以角0取向神 經(jīng)元電路塊602允許在每個(gè)神經(jīng)元電路塊602中的共同位置處設(shè)置每個(gè)神經(jīng)元電路塊602 的軸突604和樹突606，而在縱橫連接格柵612中保持曼哈頓格柵結(jié)構(gòu)。從而，公共設(shè)計(jì)可 以用于神經(jīng)元電路塊602。圖8示出了可以在示范性實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的神經(jīng)元電路塊702和突觸塊704的實(shí)例 版圖700。在版圖700中，神經(jīng)元電路塊702可以等價(jià)于圖7的神經(jīng)元電路塊602，以及突 觸塊704可以等價(jià)于圖6的突觸塊500。取代使用移位到神經(jīng)元電路塊702的側(cè)面的縱橫 連接格柵，版圖700以平面拼貼(tiled)配置分配鄰近每一個(gè)神經(jīng)元電路塊702高至四個(gè) 突觸塊704。類似于圖7的神經(jīng)元電路塊602，可以相對(duì)于突觸塊704以角a 706取向神經(jīng) 元電路塊702以保持軸突708和樹突710在每個(gè)神經(jīng)元電路塊702中的恒定相對(duì)位置。圖9示出了可以在示范性實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的神經(jīng)元電路塊802和突觸塊804的另ー 個(gè)實(shí)例版圖800。版圖800的實(shí)例能夠以另一平面拼貼配置鄰近神經(jīng)元電路塊802的每ー 個(gè)設(shè)置高至六個(gè)突觸塊804。這里，突觸塊804的每ー個(gè)都可以實(shí)現(xiàn)具有如圖2-5中描述的 可變電阻材料的仿神經(jīng)電路；然而，使用的是六角拼塊(tile)區(qū)域而不是方形或矩形拼塊 區(qū)域。圖10示出了可以在示范性實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的神經(jīng)元電路塊1002和突觸塊1004的 附加實(shí)例版圖1000。在版圖1000中，神經(jīng)元電路塊1002可以等價(jià)于圖7的神經(jīng)元電路塊 602并且突觸塊1004可以等價(jià)于圖6的突觸塊500。取代使用移位到神經(jīng)元電路塊1002 的側(cè)面或嵌入其中的縱橫連接格柵，版圖1000將突觸塊1004設(shè)置在神經(jīng)元電路塊1002之 間，類似于圖8的版圖700。在版圖1000中，所有的突觸塊1004都處于固定的格柵分布中， 但是神經(jīng)元電路塊1002是交錯(cuò)的以使得軸突1006和樹突1008共同相對(duì)位置成為可能。為 了互連所有的神經(jīng)元電路塊1002和突觸塊1004，局域互連線1010和1012可以相對(duì)于曼哈 頓格柵移位布置。圖11示出了用于實(shí)現(xiàn)使用可變電阻材料的面積有效仿神經(jīng)電路的系統(tǒng)的エ藝 1100的實(shí)例。在框1102處，以第一ニ極管配置連接第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管。在框1104處，以 第二ニ極管配置連接第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管。如前面參考圖2-5所描述的實(shí)現(xiàn)FET的ニ極管配 置。在框1106處，將第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管電連接到可變電阻材料的島。 可變電阻材料的島提供可編程電阻值。在框1108處，將第一結(jié)連接到可變電阻材料的島以 提供到神經(jīng)元電路的輸出的第一連接點(diǎn)。在框1110處，將第二結(jié)連接到可變電阻材料的島 以提供到神經(jīng)元電路的輸出的第二連接點(diǎn)，形成仿神經(jīng)電路。例如，F(xiàn)ET 118和130被電連接到可變電阻材料128以提供旁路可變電阻材料128 的從結(jié)126到柵極120的電流路徑和旁路可變電阻材料128的從結(jié)138到柵極132的第二 電流路徑。作為可選實(shí)例，F(xiàn)ET318和330被電連接到可變電阻材料328以提供經(jīng)過可變電 阻材料328的從結(jié)326到柵極320的電流路徑和經(jīng)過可變電阻材料328的從結(jié)338到柵極332的第二電流路徑。結(jié)126和138可以連接到公共線114，該線提供到神經(jīng)元電路的輸出 (軸突)(如圖10的神經(jīng)元電路塊902的軸突906)的電連接。結(jié)125在FET 118和在線110 上的任意神經(jīng)元電路的輸入(樹突)之間建立電連接，而結(jié)137在FET 130和在線112上的 任意神經(jīng)元電路的輸入(樹突)之間建立電連接。在框1112處，在突觸塊中組合多個(gè)仿神經(jīng)電路。圖6中示出了一個(gè)實(shí)例，其中偏 移到仿神經(jīng)電路518和520的一個(gè)或多個(gè)連接以向突觸模500的外部界面522和524均勻 分配一個(gè)或多個(gè)連接。在框1114處，將多個(gè)突觸塊電連接到包括神經(jīng)元電路的多個(gè)神經(jīng)元 電路塊，如前面參考圖7-10所描述的。圖12示出了例如在半導(dǎo)體1C邏輯設(shè)計(jì)、模擬、測(cè)試、布置以及制造中使用的示范 性設(shè)計(jì)流程1200的框圖。設(shè)計(jì)流程1200包括用于處理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或器件的方法和機(jī)制，以產(chǎn) 生邏輯或功能上等價(jià)于上面描述的并在圖1-11中示出的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和/或器件的表示。通 過設(shè)計(jì)流程1200處理和/或產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以編碼在機(jī)器可讀的傳輸或存儲(chǔ)介質(zhì)上，以 包括這樣的數(shù)據(jù)和/或指令，該數(shù)據(jù)或指令在在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)上被執(zhí)行或以其他方式處理 時(shí)產(chǎn)生邏輯、結(jié)構(gòu)、機(jī)械或功能等價(jià)的硬件部件、電路、器件或系統(tǒng)。設(shè)計(jì)流程1200依賴于 所設(shè)計(jì)的表示的類型而變化。例如，用于建立專用IC (ASIC)的設(shè)計(jì)流程1200可不同于用 于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)部件的設(shè)計(jì)流程1200。圖12示出了多個(gè)這樣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，包括優(yōu)選通過設(shè)計(jì)過程1210處理的輸入設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)1220。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)1220可以是通過設(shè)計(jì)過程1210產(chǎn)生并處理的邏輯模擬設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，以 產(chǎn)生硬件器件的邏輯等價(jià)功能表示。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)1220還可以包括或者可選地包括數(shù)據(jù)和/ 或程序指令，當(dāng)通過設(shè)計(jì)過程1210處理時(shí)，產(chǎn)生硬件器件的物理結(jié)構(gòu)的功能表示。不管是 表達(dá)函數(shù)和/或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特征，都可以使用諸如由核心開發(fā)者/或設(shè)計(jì)者實(shí)施的電子計(jì)算 機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ECAD)產(chǎn)生設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)1220。當(dāng)被編碼在機(jī)器可讀數(shù)據(jù)傳輸裝置、門陣列或存儲(chǔ) 介質(zhì)上時(shí)，可以通過在設(shè)計(jì)過程1210中的一個(gè)或多個(gè)硬件和/或軟件模塊存取和處理設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)1220以模擬或其它功能描繪電子部件、電路、電子或邏輯模塊、裝置、器件或系統(tǒng)，例 如在圖1-11中示出的那些。如此，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)1220可以包括文件或其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括人和 /或機(jī)器可讀源代碼、編譯結(jié)構(gòu)以及計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼結(jié)構(gòu)，該文件或其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在由設(shè) 計(jì)或模擬數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理時(shí)能功能模擬或表達(dá)電路或其它層硬件邏輯設(shè)計(jì)。這樣的數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)可以包括硬件描述語言(HDL)設(shè)計(jì)實(shí)體或相容和/或兼容如Verilog和VHDL的低級(jí) HDL設(shè)計(jì)語言和/或如C或C++的更高級(jí)設(shè)計(jì)語言的其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。優(yōu)選，設(shè)計(jì)過程1210使用且并入硬件和/或軟件模塊用于綜合、轉(zhuǎn)換或處理圖 1-11中示出的部件、電路、器件或邏輯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)/模擬功能等價(jià)物以產(chǎn)生網(wǎng)表1280，該網(wǎng) 表包含如設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)1220的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)表1280可以包括，例如，編譯或處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 其表示線、分立部件、邏輯門、控制電路、I/O器件，模塊等的表，并描述與在集成電路設(shè)計(jì)中 的其它元件和電路的連接。網(wǎng)表1280可以使用迭代過程來綜合，其中依賴于器件的設(shè)計(jì)規(guī) 范和參數(shù)一次或多次地綜合網(wǎng)表1280。對(duì)于這里描述的其它設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)類型，網(wǎng)表1280可以 記錄在機(jī)器可讀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)上或者編程到可編程?hào)艠O陣列中。介質(zhì)可以是如磁或光盤驅(qū) 動(dòng)、可編程門陣列、壓縮閃存或其它閃存的非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)。另外，或者可選地，介質(zhì)可以 是系統(tǒng)內(nèi)存或高速緩沖存儲(chǔ)器、緩沖器空間或數(shù)據(jù)分組可在其上傳輸并且通過互連網(wǎng)或者 其它網(wǎng)絡(luò)適宜方式被即時(shí)存儲(chǔ)的導(dǎo)電或?qū)Ч馄骷筒牧稀?br> 設(shè)計(jì)過程1210可以包括用于處理包括網(wǎng)表1280的各種輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型硬件和 軟件模塊。對(duì)給定的制造技術(shù)(例如，不同技術(shù)節(jié)點(diǎn)，32nm、45nm、90nm等),這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 類型可以例如存在庫元件1230中并且包括一組常用的元件、電路和器件，包括模型、版圖 和符號(hào)表示。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型還可以包括設(shè)計(jì)規(guī)范1240、特征數(shù)據(jù)1250、驗(yàn)證數(shù)據(jù)1260、設(shè)計(jì) 規(guī)則1270以及包括輸入測(cè)試圖形、輸出測(cè)試結(jié)果以及其它測(cè)試信息的測(cè)試數(shù)據(jù)文件1285。 設(shè)計(jì)過程1210還包括標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)計(jì)過程，如應(yīng)力分析、熱分析、機(jī)械事件模擬、用于例如鑄 造、模制以及模壓成型的操作的工藝模擬等。在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，機(jī)械 設(shè)計(jì)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以明白可能的機(jī)械設(shè)計(jì)工具的范圍和在設(shè)計(jì)過程1210中使用 的應(yīng)用。設(shè)計(jì)過程1210還可以包括用于執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)過程的模塊，例如時(shí)序分析、驗(yàn) 證、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查、布局和布線操作等。設(shè)計(jì)過程1210使用且并入如HDL編譯器和模擬模型構(gòu)建工具的邏輯和物理設(shè)計(jì) 工具以處理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)1220和所示的支撐數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一些或所有以及附加機(jī)械設(shè)計(jì)或數(shù) 據(jù)(如果使用)，從而產(chǎn)生第二設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)1290。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)1290以用于機(jī)械器件和結(jié)構(gòu)的數(shù) 據(jù)交換的數(shù)據(jù)格式存在于存儲(chǔ)介質(zhì)或可編程門陣列上(例如，以IGES、DXF、Parasol id XT、 JT、DRG或用于儲(chǔ)存或提供這樣的機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的任意其它適合的格式)。類似于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 1220，優(yōu)選設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)1290包括一個(gè)或多個(gè)文件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或計(jì)算機(jī)編碼的數(shù)據(jù)或指令，該 一個(gè)或多個(gè)文件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或計(jì)算機(jī)編碼的數(shù)據(jù)或指令存在于傳輸或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)上并且 當(dāng)通過ECAD系統(tǒng)處理時(shí)產(chǎn)生在圖1-11中示出的本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的邏輯或功能 等價(jià)形式的。在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)1290可包括功能模擬圖1-11中示出的器件的編 譯的、可執(zhí)行HDL模擬模型。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)1290還可以使用用于交換集成電路的版圖數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式和/或符號(hào) 數(shù)據(jù)格式(例如，以⑶SII (⑶S2)、GL1、OASIS、圖文件或任意其它適合存儲(chǔ)這樣的設(shè)計(jì)數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)的格式存儲(chǔ)的信息)。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)1290可以包括如符號(hào)數(shù)據(jù)、圖文件、測(cè)試數(shù)據(jù)文件、 設(shè)計(jì)內(nèi)容文件、制造數(shù)據(jù)、版圖參數(shù)、線、金屬層、過孔、形狀、用于制定通過制造線的路徑 的數(shù)據(jù)以及由制造者或其它設(shè)計(jì)者/開發(fā)者要求的任意其它數(shù)據(jù)的信息以制造如上述圖 1-11中示出的器件或結(jié)構(gòu)。然后，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)1290進(jìn)行到階段1295，其中，例如，進(jìn)行到流片 (tape-out)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)1290被發(fā)布制造、發(fā)布給掩膜室、發(fā)送到另一個(gè)設(shè)計(jì)室、返回給顧 客等。最終的集成電路芯片可以通過制造者以未加工晶片形式(S卩，作為具有多個(gè)未封 裝芯片的單晶片)、作為裸管芯或以封裝形式分配。在后一種情況下，以單芯片封裝(例如塑 料載體，用引線附接到主板或其它更高級(jí)載體上)或以多芯片封裝(例如具有一個(gè)或兩個(gè)表 面互連或掩埋互連的陶瓷載體)來安裝芯片。隨后，在任何情況下，芯片都與其它芯片、分立 電路元件和/或其它信號(hào)處理器件集成作為(a)諸如主板的中間產(chǎn)品或(b)最終產(chǎn)品的一 部分。最終產(chǎn)品可以是包括集成電路芯片的任意產(chǎn)品，包括從玩具和其它低端應(yīng)用到具有 顯示器、鍵盤或其它輸入器件以及中央處理器的高級(jí)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品。這里示出的圖僅是實(shí)例。在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，這里描述的這些圖或 步驟(或操作)可以有各種變化。例如，可以以不同的次序執(zhí)行這些步驟，或者可以添加、刪 除或修改步驟。所有這些變化都被認(rèn)為是要求保護(hù)的本發(fā)明的一部分。技術(shù)影響包括使用可變電阻材料的仿神經(jīng)電路的面積有效實(shí)現(xiàn)。在多個(gè)仿神經(jīng)電路之間共享可變電阻材料的公共塊或島，能夠使有效版圖建模作為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一部分 的突觸。將多個(gè)仿神經(jīng)電路分組為突觸塊允許多個(gè)潛在取向以與具有共同設(shè)計(jì)的多個(gè)神經(jīng) 元電路塊互連。這里使用的術(shù)語目的僅是描述特定實(shí)施例而不是g在限制本發(fā)明。如這里使用 的，単數(shù)形式“一” “ー個(gè)”和“這個(gè)” g在也包括復(fù)數(shù)形式，除非在上下文中明確指出不 同。還應(yīng)該明白當(dāng)在此說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，表明所述特征、整體 (integer)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是沒有排除ー個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、 步驟、操作、元件、部件和/或其群組的存在或添加。對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料、行為以及等價(jià)的所有方式或步驟加上后面權(quán)利要求中的功能 元件g在包括任意結(jié)構(gòu)、材料或行為用于結(jié)合其它要求保護(hù)的元件執(zhí)行功能，如所具體要 求保護(hù)的。給出本發(fā)明的描述用于說明和描述的目的，而不是_在是詳盡的或限制到所公 開形式的本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改或變化。 選擇和描述實(shí)施例目的是最佳地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使得本領(lǐng)域的其它技 術(shù)人員理解到本發(fā)明可用于具有適合預(yù)期的特定用途的各種修改的各種實(shí)施例。另外，術(shù) 語第一、第二等的使用不表示任何次序或重要性，而是使用術(shù)語第一、第二等來區(qū)分ー個(gè)元 件與另ー個(gè)元件。
權(quán)利要求
1.一種仿神經(jīng)電路，所述電路包括 第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管，處于在所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第一柵極和第一漏極之間建立電連接的第一ニ極管配置； 第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管，處于在所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第二柵極和第二漏極之間建立電連接的第二ニ極管配置； 可變電阻材料，電連接到所述第一漏極和所述第二漏極二者，所述可變電阻材料提供可編程電阻值； 第一結(jié)，電連接到所述可變電阻材料并提供到神經(jīng)元電路的輸出的第一連接點(diǎn)；以及 第二結(jié)，電連接到所述可變電阻材料并提供到所述神經(jīng)元電路的所述輸出的第二連接點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的仿神經(jīng)電路，所述電路還包括 第三結(jié)，電連接到所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第一源極，所述第三結(jié)提供到第二神經(jīng)元電路的輸入的連接點(diǎn)；以及 第四結(jié)，電連接到所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第二源極，所述第四結(jié)提供到第三神經(jīng)元電路的輸入的連接點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的仿神經(jīng)電路，其中制定所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管、所述第一結(jié)、所述第三結(jié)和所述可變電阻材料的一部分的尺寸以適合六個(gè)特征乘六個(gè)特征的第一區(qū)域；以及 制定所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管、所述第二結(jié)、所述第四結(jié)和所述可變電阻材料的剰余部分的尺寸以適合六個(gè)特征乘六個(gè)特征的第二區(qū)域，所述第二區(qū)域鄰近所述第一區(qū)域的，以及其中根據(jù)用于實(shí)現(xiàn)所述仿神經(jīng)電路的制造方法來制定所述特征的尺寸。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的仿神經(jīng)電路，其中所述第一柵極被電耦合到所述第一結(jié)，以提供旁路所述可變電阻材料的從所述第一結(jié)到所述第一柵極的電流路徑。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的仿神經(jīng)電路，其中所述第一柵極被電耦合到所述可變電阻材料，以提供經(jīng)過所述可變電阻材料的從所述第一結(jié)到所述第一柵極的電流路徑。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的仿神經(jīng)電路，其中所述仿神經(jīng)電路與附加的仿神經(jīng)電路組合以形成具有外部界面的突觸塊，所述外部界面被配置為將到所述突觸塊的連接均勻分布。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的仿神經(jīng)電路，其中所述可變電阻材料是關(guān)于流經(jīng)所述第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電流具有単獨(dú)的可編程電阻值的材料的島，并且所述可變電阻材料選自下述材料中的ー種相變材料、金屬氧化物、磁隧道結(jié)以及有機(jī)薄膜。
8.一種仿神經(jīng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 多個(gè)突觸塊，電連接到多個(gè)神經(jīng)元電路塊，所述多個(gè)突觸塊包括以縱橫配置設(shè)置的根據(jù)任一前述權(quán)利要求的多個(gè)仿神經(jīng)電路。
9.一種實(shí)現(xiàn)面積有效仿神經(jīng)電路的方法，所述方法包括 以第一ニ極管配置連接第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管； 以第二ニ極管配置連接第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管； 將所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管和所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管電連接到可變電阻材料，所述可變電阻材料提供可編程電阻值； 將第一結(jié)連接到所述可變電阻材料以提供到神經(jīng)元電路的輸出的第一連接點(diǎn)；以及將第二結(jié)連接到所述可變電阻材料以提供到所述神經(jīng)元電路的所述輸出的第二連接點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括 將第三結(jié)電連接到所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第三結(jié)提供到第二神經(jīng)元電路的輸入的連接點(diǎn)，其中制定所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管、所述第一結(jié)、所述第三結(jié)和所述可變電阻材料的一部分的尺寸以適合六個(gè)特征乘六個(gè)特征的第一區(qū)域；以及 將第四結(jié)電連接到所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第四結(jié)提供到第三神經(jīng)元電路的輸入的連接點(diǎn)，其中制定所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管、所述第二結(jié)、所述第四結(jié)和所述可變電阻材料的剰余部分的尺寸以適合六個(gè)特征乘六個(gè)特征的第二區(qū)域，所述第二區(qū)域鄰近所述第一區(qū)域的，以及其中根據(jù)用于實(shí)現(xiàn)所述仿神經(jīng)電路的制造方法來制定所述特征的尺寸。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，還包括 提供旁路所述可變電阻材料的從所述第一結(jié)到所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第一柵極的電流路徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求9到11中任ー個(gè)的方法，還包括 提供經(jīng)過所述可變電阻材料的從所述第一結(jié)到所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第一柵極的電流路徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求9到12中任ー個(gè)的方法，還包括 組合所述仿神經(jīng)電路與附加的仿神經(jīng)電路以形成突觸塊；以及 將到所述仿神經(jīng)電路的一個(gè)或多個(gè)連接偏移以將到所述突觸塊的外部界面的所述ー個(gè)或多個(gè)連接均勻分布。
14.一種用于實(shí)現(xiàn)面積有效仿神經(jīng)系統(tǒng)的方法，所述方法包括 將多個(gè)突觸塊電連接到多個(gè)神經(jīng)元電路塊，所述多個(gè)突觸塊包括根據(jù)權(quán)利要求9到13中任ー個(gè)的方法形成的多個(gè)仿神經(jīng)電路。
15.ー種有形地的包含在機(jī)器可讀介質(zhì)中的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，用于使系統(tǒng)執(zhí)行設(shè)計(jì)、制造或檢測(cè)集成電路的步驟，所述設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)包括 多個(gè)突觸塊，電連接到多個(gè)神經(jīng)元電路塊，所述多個(gè)突觸塊包括多個(gè)仿神經(jīng)電路，每個(gè)仿神經(jīng)電路包括 處于ニ極管配置的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，電連接到可變電阻材料，所述可變電阻材料提供可編程電阻值； 第一結(jié)，電連接到所述可變電阻材料和一個(gè)或多個(gè)所述神經(jīng)元電路塊的輸出；以及 第二結(jié)，電連接到所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管和ー個(gè)或多個(gè)所述神經(jīng)元電路塊的輸入。
全文摘要
一種仿神經(jīng)電路包括第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管，處于在所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第一柵極和第一漏極之間建立電連接的第一二極管配置。所述仿神經(jīng)電路還包括第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管，處于在所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第二柵極和第二漏極之間建立電連接的第二二極管配置。所述仿神經(jīng)電路還包括可變電阻材料，電連接到所述第一漏極和所述第二漏極二者，其中所述可變電阻材料提供可編程電阻值。所述仿神經(jīng)電路附加地包括第一結(jié)，電連接到所述可變電阻材料并提供到神經(jīng)元電路的輸出的第一連接點(diǎn)；以及第二結(jié)，電連接到所述可變電阻材料并提供到所述神經(jīng)元電路的所述輸出的第二連接點(diǎn)。
文檔編號(hào)G11C11/56GK102667826SQ201080051985
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者B·拉金德蘭, C·H·拉姆, D·S·莫德哈, M·J·布賴特韋什 申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司