Study of 1-bit data stream digital circuit of neural network for higher order chemical sensing

高阶化学传感神经网络1位数据流数字电路研究

• 批准号: 09650440
• 负责人: NAKAMOTO Takamichi
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09650440/
• 关键词: Neural network; LVQ; chip fabrication program; FPGA; ASIC; 1-bit data stream signal processing; Sensor information processing; higher order chemical sensing; 1ビットデジタル演算回路; ニューラルネットワーク; LVQ方式; LMSアルゴリズム; オーバーサンプリング型A; D変換; 水晶振動子匂いセンサ; 匂いセンシン

Various types of LSI for neural network have been so far studied by many institutions. We proposed a new architecture of digital neural network circuit based upon 1-bit data stream signal processing circuit. Furthermore, we aimed to realize LSI using that method and to apply it to information processing of chemical sensors. The circuit for learning and recognizing an odor using the output pattern of quartz-resonator gas sensors was implemented into LSI fabricated utilizing the chip fabrication service. The neural network of LVQ was realized using 24000 transistors including measurement circuits. We confirmed that the circuit correctly behaved using the data of those patterns obtained by the off-line measurements. Furthermore, the circuit with 116,000 transistors including self-test circuit, computer interface was designed. Since the full custom design of the memory circuit was performed, the layout method was building-block one. The chip will be evaluated in the near future. On the other hand, the circuit implemented into FPGA was used to do the experiment on the identification of the odors with the same number of carbons but with the different functional groups using the simple measurement system for a portable odor sensing system. It was found that the odors were correctly identified even when the on-line identification was performed. Furthermore, 1-bit data stream signal processing circuit was applied to the direction estimation of the gas flow using the sensor-array signals. We confirmed that the circuit solved the linear equations based upon the optical-flow constraints when the off-line data was input to the circuit implemented into FPGA.

迄今为止，许多机构已经对各种类型的神经网络LSI进行了研究。我们提出了一种基于1位数据流信号处理电路的数字神经网络电路的新架构。此外，我们的目标是使用该方法实现LSI，并将其应用于化学传感器的信息处理。利用石英谐振器气体传感器的输出模式来学习和识别气味的电路被实现到利用芯片制造服务制造的LSI中。 LVQ的神经网络是使用24000个晶体管（包括测量电路）来实现的。我们使用离线测量获得的这些模式的数据确认了电路的正确行为。此外还设计了116000个晶体管的电路，包括自检电路、计算机接口。由于执行了存储器电路的完全定制设计，因此布局方法是构建块方法。该芯片将在不久的将来进行评估。另一方面，利用FPGA实现的电路，利用便携式气味传感系统的简单测量系统，进行了具有相同碳数但不同官能团的气味识别的实验。结果发现，即使进行在线识别，气味也能被正确识别。此外，将1位数据流信号处理电路应用于使用传感器阵列信号的气流方向估计。我们确认，当离线数据输入到 FPGA 中实现的电路时，该电路能够根据光流约束求解线性方程。

项目成果

柴崎、中本、森泉: "1bitデジタル演算方式により最小二乗推定を行う回路の研究" 電子情報通信学会全国大会. (発表予定). (1998)

Shibasaki、Nakamoto、Izumi Mori：“使用 1 位数字计算方法执行最小二乘估计的电路的研究”IEICE 全国会议（计划发表）（1998 年）。

T.Nakamoto and T.Moriizumi: "Developments and trends in QCM odor sensing system" Seminars in food analysis. (accepted.). (1999)

T.Nakamoto 和 T.Moriizumi：“QCM 气味传感系统的发展和趋势”食品分析研讨会。

久保、中本、森泉: "1ビットデジタル演算方式を用いた匂いセンサ用測定・識別回路の研究" 電気学会センサシステム応用研究会. (発表予定). (1998)

Kubo、Nakamoto、Izumi Mori：“使用 1 位数字计算方法的气味传感器的测量和识别电路的研究”，日本电气工程师学会传感器系统应用研究小组（预定报告）。

河村、中本、森泉: "1ビットデジタル演算方式を用いた匂いセンサ用学習・識別LSI回路の研究"電気学会化学センサシステム研究会. CS99-31. 17-20 (1999)

Kawamura、Nakamoto 和 Izumi Mori：“使用 1 位数字计算方法的气味传感器学习/辨别 LSI 电路的研究”IEEJ 化学传感器系统研究组 CS99-31 (1999)。

中本: "匂いセンシングシステムの研究動向"応物M&BE講習会. 77 (1999)

Nakamoto：“气味传感系统的研究趋势”物理 M&BE 研讨会 77 (1999)。