A New Functional MOS Transistor Featuring Neuron Functions

一种具有神经元功能的新型功能 MOS 晶体管

基本信息

项目摘要

A new functional MOS transistor has been developed which works more intelligently than a mere switching device. The functional transistor calculates weighted sum of all input signals at the gate level, and controls the "on" and "off" of the transistor based on the result of such a weighted sum operation. Since the function is quite analogous to that of biological neurons, the device is named a neuron MOSFET or neuMOS (nuMOS) in short. The device is composed of a floating gate and plural of input gates that are capacitively interacting with the floating gate. As the gate-level sum operation is perfomied in a voltage mode utilizing the capacitive coupling effect, essentially no power dissipation occurs in the calculation, making the device ideal for ULSI implementation. The basic characteristics of neuron MOSFET's as well as of simple circuit blocks are analyzed based on a simple transistor model and experiments. Making use of its very powerful function, a number of interesting circuit a … More pplications have been explored. neuMOS inverters and neuron circuits, variable threshold transistors and inverters, linear resistors, and neuMOS source follower circuits and single gate D/A converters are described. The concept of a Soft Hardware Logic Circuit implemented by neuMOS transistors has been also developed. The circuit exhibits a very interesting feature that the logical function of the circuit is arbitrarily altered by external signals without any changes in the hardware configuration. When fixed function logic circuits are implemented by nuMOS transistors, the number of transistors as well as of interconnections can be dramatically reduced as compared to their conventional CMOS-design counterparts. 4-bit flash A/D converter, for instance, can be constructed by only 28 transistors although 398 transistors are required in conventional design. Basic operations of these circuits have been experinientally verified by fabricating test circuits using double polysilicon CMOS process. Less
已经开发了一种新的功能性MOS晶体管,比单纯的开关设备更聪明地工作。功能晶体管计算门级上所有输入信号的加权总和,并根据这种加权总和的结果来控制晶体管的“ ON”和“ OFF”。由于该功能与生物神经元的功能非常相似,因此该设备将其称为神经元MOSFET或Neumos(NUMOS)。该设备由一个浮动门和多个输入门组成,这些输入门与浮动栅极相互作用。由于使用电容耦合效果在电压模式下以栅极级别的总和的形式进行了完善,因此在计算中基本上没有发生功率耗散,这使得该设备非常适合ULSI实现。基于简单的晶体管模型和实验,分析了神经元MOSFET以及简单电路块的基本特征。利用其功能非常强大的功能,许多有趣的电路A…探索了更多的pplications。描述了NEUMOS逆变器和神经元电路,可变阈值晶体管和逆变器,线性电阻器以及Neumos源追随者电路以及单门D/A转换器。 Neumos晶体管实现的软硬件逻辑电路的概念也已经开发出来。该电路表现出一个非常有趣的功能,即电路的逻辑函数被外部​​信号任意更改,而硬件配置没有任何更改。当Numos晶体管实现固定的功能逻辑电路时,与传统的CMOS-Design同类产品相比,晶体管和互连的数量可以大大减少。例如,尽管在常规设计中需要398个晶体管,但只能由28个晶体管构造4位闪存A/D转换器。这些电路的基本操作已通过使用双多层CMOS工艺制造测试电路进行了实验验证。较少的

项目成果

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T. Shibata and T. Ohmi: "A new-concept transistor realizing neuron functions by a single device" Nikkei Microdevices. 79. (1992)
T. Shibata 和 T. Ohmi:“通过单个器件实现神经元功能的新概念晶体管”Nikkei Microdevices。
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T,Shibata: "An Intelligent MOS Transistor Featuring Gate-Level Weighted Sum and Threshold Operations" Technical Digest,International Electron Devicas Meeting 1991,Washington D.C.919-922 (1991)
T,Shibata:“具有门级加权和和阈值操作的智能 MOS 晶体管”技术文摘,1991 年国际电子设备会议,华盛顿特区 919-922 (1991)
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T. Shibata and T. Ohmi: "An intelligent MOS transistor featuring gate-level weighted-sum and threshold operations" Technical Digest, International Electron Devices Meeting 1991, Washington D. C.919-922 (1991)
T. Shibata 和 T. Ohmi:“具有门级加权和和阈值操作的智能 MOS 晶体管”技术文摘,1991 年国际电子器件会议,华盛顿特区 C.919-922 (1991)
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T.Shibata: "An Intelligent MOS Transistor Featuring GateーLevel Weighted Sum and Threshold Operations" Technical Digest,International Electron Devices Meeting 1991,Washington D.C. 919-922 (1991)
T. Shibata:“具有门级加权和和阈值操作的智能 MOS 晶体管”技术文摘,1991 年国际电子器件会议,华盛顿特区 919-922 (1991)
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T.Shibata: "ASelf-Learning Neural Network LSI using Neuron MOSFET's" Digest of Technical Papers,1992Symposium on VLSI Technology,Seatle,Jwne. (1992)
T.Shibata:“使用神经元 MOSFET 的自学习神经网络 LSI”技术论文摘要,1992 年 VLSI 技术研讨会,西雅图,Jwne。
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