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适配PAICORE2.0的硬件编码转帧加速单元设计
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作者 丁亚伟 曹健 +4 位作者 李琦彬 冯硕 杨辰涛 王源 张兴 《北京大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期786-798,共13页
为了解决北京大学脉冲神经网络芯片PAICORE2.0类脑终端系统中软件编码和转帧过程速度较慢的问题,提出一种硬件加速方法。通过增加硬件加速单元,将Xilinx ZYNQ的处理系统PS端串行执行的软件编码转帧过程转移到可编程逻辑PL端的数据通路... 为了解决北京大学脉冲神经网络芯片PAICORE2.0类脑终端系统中软件编码和转帧过程速度较慢的问题,提出一种硬件加速方法。通过增加硬件加速单元,将Xilinx ZYNQ的处理系统PS端串行执行的软件编码转帧过程转移到可编程逻辑PL端的数据通路中流水化并行执行。硬件加速单元主要包含高度并行的卷积单元、参数化的脉冲神经元和位宽平衡数据缓冲区等。实验结果表明,该方法在几乎不增加数据通路传输延迟的前提下,可以消除软件编码和转帧过程的时间开销。在CIFAR-10图像分类的例子中,与软件编码和转帧方法相比,硬件编码转帧模块仅增加9.3%的LUT、3.7%的BRAM、2.6%的FF、0.9%的LUTRAM、14.9%的DSP以及14.6%的功耗,却能够实现约8.72倍的推理速度提升。 展开更多
关键词 脉冲神经网络芯片 PAICORE2.0 ZYNQ 脉冲编码 硬件加速 卷积加速单元
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未知复杂环境下基于兴趣驱动的类脑自主导航技术
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作者 王晨旭 熊智 杨闯 《航空科学技术》 2024年第2期1-13,共13页
随着无人系统的应用越发广泛,传统导航技术很难满足无人系统在面对复杂任务和未知环境时对自主智能导航性能的要求。哺乳动物能够在兴趣驱动下实现高效智能且自适应环境的导航行为,受此启发的基于兴趣驱动的类脑自主导航技术有潜力克服... 随着无人系统的应用越发广泛,传统导航技术很难满足无人系统在面对复杂任务和未知环境时对自主智能导航性能的要求。哺乳动物能够在兴趣驱动下实现高效智能且自适应环境的导航行为,受此启发的基于兴趣驱动的类脑自主导航技术有潜力克服传统导航实时、准确和低功耗不能同时满足的缺点。本文首先阐述了哺乳动物大脑导航机理;其次,总结概括出基于兴趣驱动的类脑自主导航技术框架;再次,从自身感知、环境认知、记忆推理和兴趣决策4个方面梳理了类脑自主导航的关键技术和实现途径,指出了相关研究的缺陷;最后,分析了现阶段类脑自主导航技术的不足,并对未来一体化发展做出展望。 展开更多
关键词 类脑自主导航 兴趣驱动 连续吸引子神经网络 类脑多源融合 脉冲神经网络 类脑芯片
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神经元计算机在无人机集群中的应用设计
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作者 尤益辉 吴文豪 《智能物联技术》 2024年第2期146-151,共6页
人工智能计算对低功耗高算力的需求与日俱增,神经形态的新型计算范式出现极大地满足了低功耗、高算力、高实时的数据处理需求。结合神经元计算机的特点和无人机集群的应用需求,首次提出一种基于神经元计算机的无人机集群系统应用设计方... 人工智能计算对低功耗高算力的需求与日俱增,神经形态的新型计算范式出现极大地满足了低功耗、高算力、高实时的数据处理需求。结合神经元计算机的特点和无人机集群的应用需求,首次提出一种基于神经元计算机的无人机集群系统应用设计方案,并从系统设计、算法设计、系统实现等方面进行分析。 展开更多
关键词 无人机集群 神经元计算机 存算一体化芯片 脉冲神经网络(SNN)
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脉冲神经网络研究现状与应用进展 被引量:1
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作者 刘浩 柴洪峰 +2 位作者 孙权 云昕 李鑫 《中国工程科学》 CSCD 北大核心 2023年第6期61-79,共19页
脉冲神经网络(SNN)是更具生物可解释性的新一代人工神经网络,具有独特的信息编码处理方式、丰富的时空动力学特性、低功耗事件驱动工作模式等优势,近年来受到广泛关注并在医疗健康、工业检测、智能驾驶等方向获得探索性应用。本文介绍了... 脉冲神经网络(SNN)是更具生物可解释性的新一代人工神经网络,具有独特的信息编码处理方式、丰富的时空动力学特性、低功耗事件驱动工作模式等优势,近年来受到广泛关注并在医疗健康、工业检测、智能驾驶等方向获得探索性应用。本文介绍了SNN的基本要素和学习算法,包括经典的神经元模型、突触可塑性机制、常用的信息编码方式,分析了各类学习算法的优缺点,总结了主流的SNN软件模拟器、脉冲神经形态硬件的研究情况;细致梳理了SNN在计算机视觉、自然语言处理、推理决策等方面的研究以及行业应用场景,发现SNN在目标检测、动作识别、语义认知、语音识别等任务中具有突出的潜力,显著提升了相应的计算性能。我国在SNN领域的研究与应用发展,重在加强关键核心技术攻关、推动技术成果转化应用、持续优化产业生态格局,以尽快实现与国际先进水平的接轨;类脑复杂系统、类脑控制等理论与方法的深入研究和逐步突破,也将促进大规模SNN新模型的构建,有望拓展人工智能的更广阔应用前景。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 类脑计算 学习算法 神经形态芯片 应用场景
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神经形态芯片测试方法研究
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作者 陶梦蝶 宋博伟 李玉亮 《信息技术与标准化》 2023年第1期31-36,共6页
介绍了神经形态芯片的发展现状和测试难点,重点研究了神经形态芯片关键指标的测试原理和测试方法,包含集成规模、功能和性能等,通过所研究的测试前置条件和测试方法,为制定通用的基准测试套件提供参考。
关键词 类脑计算 神经形态芯片 神经形态计算 脉冲神经网络 功能测试 性能测试
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脉冲神经网络硬件互连系统的动态优先级仲裁策略 被引量:4
6
作者 刘俊秀 黄星月 +1 位作者 罗玉玲 曹弋 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1898-1905,共8页
本文基于EMBRACE脉冲神经网络硬件实现方案提出了一种片上网络路由器的动态优先级仲裁策略,来解决脉冲神经网络脉冲传输的交通负载非均衡问题.该方案使用二维网格片上网络系统实现神经元之间的互连通讯,其基于脉冲发送频率的动态优先级... 本文基于EMBRACE脉冲神经网络硬件实现方案提出了一种片上网络路由器的动态优先级仲裁策略,来解决脉冲神经网络脉冲传输的交通负载非均衡问题.该方案使用二维网格片上网络系统实现神经元之间的互连通讯,其基于脉冲发送频率的动态优先级仲裁策略能够降低高频路径的平均延迟及系统丢包风险,提高系统工作稳定性.使用Noxim片上网络模拟器搭建实验平台,测试结果表明采用提出的动态优先级仲裁策略较轮询及固定优先级仲裁器,高频路径延迟平均降低32.33%和34.69%,降低幅度最大达到84.86%和86.20%.在90nm CMOS工艺下,提出的路由器架构硬件面积为213,471μm2,具有较好的扩展性. 展开更多
关键词 脉冲神经网络 片上网络 路由器 仲裁器 动态优先级
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物端神经形态类脑芯片设计综述 被引量:1
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作者 钟正青 王腾霄 +3 位作者 刘力源 吴南健 田敏 石匆 《微纳电子与智能制造》 2022年第3期19-30,共12页
本文简述目前物端神经形态类脑芯片设计的研究现状,首先回顾了目前已发表的神经形态类脑芯片,总结了其特点和局限性,然后简要介绍了脉冲神经网络的基础知识,包括脉冲神经网络的经典神经元模型、网络拓扑结构以及仿生学习算法。接下来重... 本文简述目前物端神经形态类脑芯片设计的研究现状,首先回顾了目前已发表的神经形态类脑芯片,总结了其特点和局限性,然后简要介绍了脉冲神经网络的基础知识,包括脉冲神经网络的经典神经元模型、网络拓扑结构以及仿生学习算法。接下来重点介绍了目前最新发表的片上实时强化学习物端类脑芯片、片上三重类脑学习物端类脑芯片、视觉压缩感知识别物端类脑芯片以及片上多层脉冲神经网络(spiking neural network,SNN)学习物端类脑芯片4款物端神经形态类脑芯片的算法优化方案、芯片架构和电路设计、以及现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)原型或实际制造芯片测试结果。所介绍的神经形态类脑芯片均具备片上实时学习功能,且在各类基准数据集上都实现了较高的识别准确率。同时,提出的芯片架构均为较低成本,能达到相对较高的处理速度,同时还具有较为灵活的可扩展性和可配置性,能够适用于不同的物端智能应用场景,为目前研究领域面临的挑战提供了可行的解决方案。最后指出了目前物端神经形态类脑芯片设计领域发展中的核心瓶颈,并介绍了初步的解决方案。未来将围绕这些方向开展研究,设计新一代高性能物端神经形态类脑芯片。 展开更多
关键词 类脑芯片 脉冲神经网络 神经形态芯片 片上学习 类脑计算
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用于特征提取的小尺寸事件型卷积处理器 被引量:2
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作者 卢成业 高志远 徐江涛 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第4期535-541,共7页
设计了一款用于动态视觉传感器数据特征提取的小尺寸事件型卷积处理器,该卷积处理器包含了32×32的累加阵列、用于存储卷积核的RAM阵列、左/右移位模块、控制模块和异步的事件读出模块。为了减小面积,设计了2 bit的32×32的RAM... 设计了一款用于动态视觉传感器数据特征提取的小尺寸事件型卷积处理器,该卷积处理器包含了32×32的累加阵列、用于存储卷积核的RAM阵列、左/右移位模块、控制模块和异步的事件读出模块。为了减小面积,设计了2 bit的32×32的RAM阵列来存储所需的卷积核;在累加阵列中,采用7 bit的二进制计数器代替传统的加法器来实现卷积核的累加操作,在0.18μm CMOS工艺下,每个卷积单元的面积为37.5μm×40μm,对于每个事件输入输出的最小延时为17 ns,能够处理的最大事件率为12.5 Meps。基于该卷积处理器搭建了一个识别系统,利用16个卷积处理器来提取特征,利用脉冲神经网络实现了分类识别。实验结果表明,使用2 bit卷积核的小尺寸卷积处理器能够准确完成对输入事件的卷积操作,而且基于该卷积处理器所搭建的识别系统对MNIST数据库的识别效率可以达到90.57%。 展开更多
关键词 动态视觉传感器 地址事件表示 小尺寸芯片 卷积芯片 MNIST 脉冲神经网络
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概率计算神经网络硬件架构
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作者 陈宇昊 宋印杰 +2 位作者 祝亚楠 高云飞 李洪革 《计算机科学与探索》 CSCD 北大核心 2021年第11期2105-2115,共11页
概率计算(逻辑)是一种将二进制转换为概率编码的数字脉冲码流的逻辑计算,以计算精度与时延为代价,具有低功耗、高能效的计算优势。阐释了概率计算的基本概念,设计了单通道与多通道的概率计算电路,有效提高了概率计算的速度与精度。基于... 概率计算(逻辑)是一种将二进制转换为概率编码的数字脉冲码流的逻辑计算,以计算精度与时延为代价,具有低功耗、高能效的计算优势。阐释了概率计算的基本概念,设计了单通道与多通道的概率计算电路,有效提高了概率计算的速度与精度。基于所提出概率计算电路,设计了概率脉冲神经元,从而实现了神经网络的可重构计算架构——北航筹算。该设计采用KINTEX-7(FPGA)实现,相较于传统二进制阵列乘法器构成的乘加器计算单元,概率计算的逻辑资源开销(LUT)降低80%。在SCNN网络计算实验中,测试运行了LeNet与AlexNet,时钟频率350 MHz条件下,均值能效可达0.536 TSOPS/W,PE利用率可达90%以上。 展开更多
关键词 概率计算 脉冲神经网络 低功耗 类脑芯片
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Modelling Spiking Neural Network from the Architecture Evaluation Perspective
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作者 Yu Ji You-Hui Zhang Wei-Min Zheng 《Journal of Computer Science & Technology》 SCIE EI CSCD 2016年第1期50-59,共10页
The brain-inspired spiking neural network (SNN) computing paradigm offers the potential for low-power and scalable computing, suited to many intelligent tasks that conventional computational systems find difficult. ... The brain-inspired spiking neural network (SNN) computing paradigm offers the potential for low-power and scalable computing, suited to many intelligent tasks that conventional computational systems find difficult. On the other hand, NoC (network-on-chips) based very large scale integration (VLSI) systems have been widely used to mimic neuro- biological architectures (including SNNs). This paper proposes an evaluation methodology for SNN applications from the aspect of micro-architecture. First, we extract accurate SNN models from existing simulators of neural systems, second, a cycle-accurate NoC simulator is implemented to execute the aforementioned SNN applications to get timing and energy-consumption information. We believe this method not only benefits the exploration of NoC design space but also bridges the gap between applications (especially those from the neuroscientists' community) and neuromorphic hardware. Based on the method, we have evaluated some typical SNNs in terms of timing and energy. The method is valuable for the development of neuromorphic hardware and applications. 展开更多
关键词 spiking neural network network-ON-chip architecture simulation
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类脑计算研究简述 被引量:1
11
作者 陈芝协 王存 《智能物联技术》 2022年第4期1-13,共13页
类脑计算是借鉴脑信息处理方式,具备自主学习能力并擅于实时处理非结构化信息的新型计算智能,被认为可能是一条通向通用人工智能的途径。本文首先分析了类脑计算技术框架,并以此为基准,介绍了脑科学、脑图谱、各类脑仿真框架,并列举了... 类脑计算是借鉴脑信息处理方式,具备自主学习能力并擅于实时处理非结构化信息的新型计算智能,被认为可能是一条通向通用人工智能的途径。本文首先分析了类脑计算技术框架,并以此为基准,介绍了脑科学、脑图谱、各类脑仿真框架,并列举了常见的神经形态芯片和类脑计算系统;然后从模型、算法、框架、数据集方面系统地介绍了脉冲神经网络,以及当前类脑计算的应用情况;最后分析了类脑计算目前所存在的困难和挑战。 展开更多
关键词 类脑计算 脑仿真框架 神经形态芯片 脉冲神经网络
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类脑导航的机理、算法、实现与展望 被引量:1
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作者 朱祥维 沈丹 +6 位作者 肖凯 马岳鑫 廖祥 古富强 余芳文 高柯夫 刘经南 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第19期1-33,共33页
脑与神经科学近几十年来的快速发展,初步揭示了动物导航的神经机理。借鉴大脑神经结构及信息处理机制,研究类脑仿生智能导航系统,为复杂环境下低功耗高鲁棒的自主智能导航提供了新的灵感。在详细综述了动物空间导航神经机理基础上,概述... 脑与神经科学近几十年来的快速发展,初步揭示了动物导航的神经机理。借鉴大脑神经结构及信息处理机制,研究类脑仿生智能导航系统,为复杂环境下低功耗高鲁棒的自主智能导航提供了新的灵感。在详细综述了动物空间导航神经机理基础上,概述探讨了当前机器人仿生类脑导航智能算法,从利用脑启发的神经网络方法处理导航信息实现智能导航的角度,归纳为吸引子神经网络、深度强化学习以及脉冲神经网络等3类算法。接着梳理了类脑导航的实现途径,包括仿生智能传感器和智能类脑处理器平台。最后归纳并展望了类脑导航发展趋势,包括进一步探索生物界导航的脑神经机理及其信息处理过程、细分类脑导航概念内涵、评价指标完善的途径和统一实现框架。 展开更多
关键词 类脑导航 导航神经机理 导航细胞 连续吸引子网络 深度强化学习 脉冲神经网络 神经形态相机 类脑芯片
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大规模类脑神经网络理论与方法 被引量:1
13
作者 马征宇 田永鸿 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第35期4764-4781,共18页
脑启发的脉冲神经网络被称为第三代人工神经网络,通过模拟神经动力学、事件驱动等计算特性捕捉时序信息和节能高效地进行计算,为人工智能领域的发展提供了新范式.大脑惊人的信息处理能力很大程度上归功于其庞大的网络规模和复杂的网络连... 脑启发的脉冲神经网络被称为第三代人工神经网络,通过模拟神经动力学、事件驱动等计算特性捕捉时序信息和节能高效地进行计算,为人工智能领域的发展提供了新范式.大脑惊人的信息处理能力很大程度上归功于其庞大的网络规模和复杂的网络连接.构建大规模类脑神经网络为脑启发式的人工智能、神经形态计算以及多应用领域带来了突破性的进展.本文首先根据现有的研究,分类介绍了脉冲神经元模型、大规模脉冲神经网络模型与算法、深度训练框架和神经形态芯片等3个方面的计算原理和最新的研究进展,指出了目前大规模类脑神经网络研究的进展和存在的问题,随后重点论述了大规模类脑网络的神经形态视觉应用,包括神经形态视觉重构、极端场景目标检测等.最后,在总结已有研究成果的基础上,对该领域的研究现状给出了若干结论,同时指出了仍然存在的一些问题,并对未来研究的需求、期待与发展趋势进行了展望. 展开更多
关键词 大规模脉冲神经网络 脉冲神经元 神经形态芯片 深度训练框架 神经形态传感器
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多媒体技术研究:2015——类脑计算的研究进展与发展趋势 被引量:19
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作者 黄铁军 施路平 +3 位作者 唐华锦 潘纲 陈云霁 于俊清 《中国图象图形学报》 CSCD 北大核心 2016年第11期1411-1424,共14页
目的类脑计算,是指仿真、模拟和借鉴大脑神经网络结构和信息处理过程的装置、模型和方法,其目标是制造类脑计算机和类脑智能。方法类脑计算相关研究已经有20多年的历史,本文从模拟生物神经元和神经突触的神经形态器件、神经网络芯片、... 目的类脑计算,是指仿真、模拟和借鉴大脑神经网络结构和信息处理过程的装置、模型和方法,其目标是制造类脑计算机和类脑智能。方法类脑计算相关研究已经有20多年的历史,本文从模拟生物神经元和神经突触的神经形态器件、神经网络芯片、类脑计算模型与应用等方面对国内外研究进展和面临的挑战进行介绍,并对未来的发展趋势进行展望。结果与经典人工智能符号主义、连接主义、行为主义以及机器学习的统计主义这些技术路线不同,类脑计算采取仿真主义:结构层次模仿脑(非冯·诺依曼体系结构),器件层次逼近脑(模拟神经元和神经突触的神经形态器件),智能层次超越脑(主要靠自主学习训练而不是人工编程)。结论目前类脑计算离工业界实际应用还有较大差距,这也为研究者提供了重要研究方向与机遇。 展开更多
关键词 类脑计算 神经形态计算 类脑智能 神经形态器件 神经网络芯片 脉冲神经网络
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类脑脉冲神经网络及其神经形态芯片研究综述 被引量:6
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作者 张慧港 徐桂芝 +1 位作者 郭嘉荣(综述) 郭磊(审校) 《生物医学工程学杂志》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期986-994,1002,共10页
在类脑人工智能高速发展、电磁环境日益复杂的现状下,最具有仿生特性和抗干扰性的脉冲神经网络在计算速度、实时信息处理、时空数据处理上表现出巨大的潜能。脉冲神经网络是类脑人工智能的核心之一,通过模拟生物体神经网络结构和信息传... 在类脑人工智能高速发展、电磁环境日益复杂的现状下,最具有仿生特性和抗干扰性的脉冲神经网络在计算速度、实时信息处理、时空数据处理上表现出巨大的潜能。脉冲神经网络是类脑人工智能的核心之一,通过模拟生物体神经网络结构和信息传递方式来实现类脑计算。本文首先总结五种神经元模型的优缺点和适用性,分析五种网络拓扑结构的特征;其次综述脉冲神经网络算法,从无监督学习和有监督学习两个角度总结基于突触可塑性规则的无监督学习算法和四类监督学习算法;最后重点综述国内外在研的类脑神经形态芯片。本文旨在通过系统性的总结,为初入脉冲神经网络研究领域的同行提供学习思路和研究方向。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 脉冲神经元模型 学习算法 类脑神经形态芯片 数字电路
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