本發(fā)明涉及微納電子器件，特別是一種基于光電憶阻器的小規(guī)模儲備池計算方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、基于傳統(tǒng)馮諾依曼架構(gòu)的光學(xué)處理系統(tǒng)是傳感器、存儲器與處理器分置的架構(gòu)，信號采集過程需要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換、編碼、傳輸與存儲等諸多中間過程，并且計算過程數(shù)據(jù)需在存儲器與處理器之間頻繁交換，造成功耗墻與存儲墻的產(chǎn)生。隨著人工智能時代的到來，光學(xué)信息處理需求呈爆炸式增長，對當前處理系統(tǒng)造成嚴峻挑戰(zhàn)。

2、光電憶阻器是一種新型微納器件，它能夠同時接受光信號和電信號的激勵而發(fā)生阻值轉(zhuǎn)變，并且具備突觸可塑性，能夠模擬生物視網(wǎng)膜進行光學(xué)信息傳感并進行預(yù)處理。這種感存算一體化處理方式相較于傳統(tǒng)圖像處理分置架構(gòu)具有顛覆性意義，具有重要的應(yīng)用前景。但是光電憶阻器的激勵信號具有光電兩種維度，器件特性調(diào)制復(fù)雜，其預(yù)處理功能仍需要進一步開發(fā)。

3、儲備池計算是遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)擴展，將原網(wǎng)絡(luò)的隱含層替換為具有記憶功能的存儲池單元，能夠?qū)r序信息轉(zhuǎn)換為高維度的數(shù)據(jù)進行計算，使網(wǎng)絡(luò)具有時序數(shù)據(jù)的處理能力。該網(wǎng)絡(luò)的特點在于儲備池內(nèi)部的權(quán)重保持不變，因此只需要對線性的全連接輸出層進行權(quán)值更新，能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的難度與資源消耗。目前，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬件實現(xiàn)過程中，如何利用微納器件自身的物理特性高效實現(xiàn)儲備池單元，并且有效降低網(wǎng)絡(luò)規(guī)模資源需求仍是業(yè)界挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述傳統(tǒng)方法中存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于光電憶阻器的小規(guī)模儲備池計算方法以及一種基于光電憶阻器的小規(guī)模儲備池計算系統(tǒng)，能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)規(guī)模資源需求。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例采用以下技術(shù)方案：

3、一方面，提供一種基于光電憶阻器的小規(guī)模儲備池計算方法，包括：

4、將儲備池計算網(wǎng)絡(luò)的光電憶阻器陣列中的器件調(diào)制到相同的初始化電導(dǎo)狀態(tài)；儲備池計算網(wǎng)絡(luò)包括光學(xué)圖像接收陣列和后端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，光學(xué)圖像接收陣列為多個光電憶阻器組成的光電憶阻器陣列；

5、將待處理的光學(xué)圖像按照四個像素為一組轉(zhuǎn)換為多通道的光序列信號，采用多通道光源產(chǎn)生脈沖序列將光序列信號同時照射到對應(yīng)的光電憶阻器陣列中；光學(xué)圖像接收陣列中光電憶阻器的個數(shù)與通道數(shù)相同，光電憶阻器與通道一一對應(yīng)，每個光電憶阻器對應(yīng)光學(xué)圖像的四個像素；

6、讀取光學(xué)圖像接收陣列的狀態(tài)變化，得到儲備池計算結(jié)果并轉(zhuǎn)換為后端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所需的輸入格式；

7、將儲備池計算結(jié)果輸入至后端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，完成當前層網(wǎng)絡(luò)運算；

8、讀取當前層網(wǎng)絡(luò)運算的輸出結(jié)果作為對光序列信號的當前層網(wǎng)絡(luò)運算得到的分類識別結(jié)果。

9、另一方面，提供一種基于光電憶阻器的小規(guī)模儲備池計算系統(tǒng)，包括：

10、初始化模塊，用于將儲備池計算網(wǎng)絡(luò)的光電憶阻器陣列中的器件調(diào)制到相同的初始化電導(dǎo)狀態(tài)；儲備池計算網(wǎng)絡(luò)包括光學(xué)圖像接收陣列和后端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，光學(xué)圖像接收陣列為多個光電憶阻器組成的光電憶阻器陣列；

11、信號輸入模塊，用于將待處理的光學(xué)圖像按照四個像素為一組轉(zhuǎn)換為多通道的光序列信號，采用多通道光源產(chǎn)生脈沖序列將光序列信號同時照射到對應(yīng)的光電憶阻器陣列中；光學(xué)圖像接收陣列中光電憶阻器的個數(shù)與通道數(shù)相同，光電憶阻器與通道一一對應(yīng)，每個光電憶阻器對應(yīng)光學(xué)圖像的四個像素；

12、狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊，用于讀取光學(xué)圖像接收陣列的狀態(tài)變化，得到儲備池計算結(jié)果并轉(zhuǎn)換為后端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所需的輸入格式；

13、后端輸入模塊，用于將儲備池計算結(jié)果輸入至后端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，完成當前層網(wǎng)絡(luò)運算；

14、結(jié)果輸出模塊，用于讀取當前層網(wǎng)絡(luò)運算的輸出結(jié)果作為對光序列信號的當前層網(wǎng)絡(luò)運算得到的分類識別結(jié)果。

15、又一方面，還提供一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，存儲器存儲有計算機程序，處理器執(zhí)行計算機程序時實現(xiàn)上述基于光電憶阻器的小規(guī)模儲備池計算方法的步驟。

16、再一方面，還提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述基于光電憶阻器的小規(guī)模儲備池計算方法的步驟。

17、上述技術(shù)方案中的一個技術(shù)方案具有如下優(yōu)點和有益效果：

18、上述基于光電憶阻器的小規(guī)模儲備池計算方法及系統(tǒng)，通過采用光電憶阻器作為基本處理單元，實現(xiàn)光學(xué)信息的傳感、存儲與計算于一體。利用光電憶阻器的自身的易失特性以及不同狀態(tài)下對相同激勵的響應(yīng)不同的物理特性，實現(xiàn)對不同光信號序列的儲備池計算。將不同光信號施加于器件之后，器件經(jīng)儲備池計算后表現(xiàn)出不同的響應(yīng)狀態(tài)而實現(xiàn)對光信號的感知、存儲以及向電平信號的計算轉(zhuǎn)換。據(jù)此，將多個光電憶阻器組成器件陣列，建立存儲池計算網(wǎng)絡(luò)，在訓(xùn)練后即可用于實現(xiàn)對光序列信號的分類識別，有效降低了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模資源需求。

技術(shù)特征：

1.一種基于光電憶阻器的小規(guī)模儲備池計算方法，其特征在于，包括步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光電憶阻器的小規(guī)模儲備池計算方法，其特征在于，當所述儲備池計算網(wǎng)絡(luò)為多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時，讀取當前層網(wǎng)絡(luò)運算的輸出結(jié)果作為對光序列信號的當前層網(wǎng)絡(luò)運算得到的分類識別結(jié)果的步驟之后，跳轉(zhuǎn)至所述將待處理的光學(xué)圖像按照四個像素為一組轉(zhuǎn)換為多通道的光序列信號，采用多通道光源產(chǎn)生脈沖序列將所述光序列信號同時照射到對應(yīng)的光電憶阻器陣列中的步驟，進行所有層網(wǎng)絡(luò)運算獲得最后輸出的分類識別結(jié)果后，完成對所述光序列信號的分類識別。

3.一種基于光電憶阻器的小規(guī)模儲備池計算系統(tǒng)，其特征在于，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于光電憶阻器的小規(guī)模儲備池計算系統(tǒng)，其特征在于，當所述儲備池計算網(wǎng)絡(luò)為多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時，所述結(jié)果輸出模塊跳轉(zhuǎn)至所述信號輸入模塊，進行所有層網(wǎng)絡(luò)運算獲得最后輸出的分類識別結(jié)果后，完成對所述光序列信號的分類識別。

5.一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)權(quán)利要求1或2所述基于光電憶阻器的小規(guī)模儲備池計算方法的步驟。

6.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權(quán)利要求1或2所述基于光電憶阻器的小規(guī)模儲備池計算方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及基于光電憶阻器的小規(guī)模儲備池計算方法及系統(tǒng)，通過采用光電憶阻器作為基本處理單元，實現(xiàn)光學(xué)信息的傳感、存儲與計算于一體。利用光電憶阻器的自身的易失特性以及不同狀態(tài)下對相同激勵的響應(yīng)不同的物理特性，實現(xiàn)對不同光信號序列的儲備池計算。將不同光信號施加于器件之后，器件經(jīng)儲備池計算后表現(xiàn)出不同的響應(yīng)狀態(tài)而實現(xiàn)對光信號的感知、存儲以及向電平信號的計算轉(zhuǎn)換。據(jù)此，將多個光電憶阻器組成器件陣列，建立存儲池計算網(wǎng)絡(luò)，在訓(xùn)練后即可用于實現(xiàn)對光序列信號的分類識別，有效降低了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模資源需求。

技術(shù)研發(fā)人員：徐一峰,羅子涵,伊奇帥,張凱鳴,湯旭冉,李楠,王偉,孫毅,王琴
受保護的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19