Şahintekin B., Çam Taşkıran Z. G.
JOURNAL OF THE FACULTY OF ENGINEERING AND ARCHITECTURE OF GAZI UNIVERSITY, cilt.40, sa.4, ss.2351-2362, 2025 (SCI-Expanded, Scopus, TRDizin)
Özet
Yapay zekâ tabanlı sistemler ve sinaptik devreler son yıllarda birçok araştırmacı için ilgi çekici bir konu haline gelmiştir. Yüksek işlem gücü gerektiren bu sistemlerin gelişmesiyle beraber yazılımsal olarak gerçekleştirilmesi hem zaman hem de işlem maliyeti açısından oldukça zorlayıcı olmaya başlamıştır. Bu zorlukların etkisiyle bu sistemlerin donanımsal olarak gerçeklenmesi ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Sinaptik devrelerin donanımsal olarak gerçeklenmesiyle beraber güç tüketimi ve işlem maliyetinde düşüş, işlem kapasitesinde ise bir artış beklenmektedir. Sinaptik devrelerde duyulan hafızalı eleman ihtiyacı için literatürde farklı çözümler mevcuttur. Memristör elemanı bu ihtiyaç için sıklıkla kullanılmakta olan bir pasif devre elemanıdır. Memristör elemanı ile gerçekleştirilen sinaptik devreler memristif sinaptik devreler olarak isimlendirilmektedir.
Bu çalışmada memristif sinaptik devreler için donanımsal bir yöntem önerilmiştir. Önerilen yöntemde yapay sinir ağının ağırlık parametrelerine denk gelen memristör elemanının memristans değeri kontrol edilerek ağ yapısının yeniden konfigüre edilebilmesi amaçlanmıştır. Memristörün değerini kontrol etmek amacıyla donanımsal bir tasarım gerçekleştirilmiş ve bu tasarım üzerinden gerekli işlemleri yapacak bir algoritma önerilmiştir. Tasarım, memristör üzerine sinüzoidal sinyal uygulayarak memristans değerini ölçen ve darbe sinyali uygulayarak memristansın değerini değiştiren alt bloklardan oluşmaktadır. Önerilen yöntem FPGA üzerinde gerçeklenerek farklı karakteristikteki matematiksel memristör modelleri ve memristör emülatörü devresi üzerinde test edilmiş ve elde edilen sonuçlar paylaşılmıştır. Elde edilen yöntemin gerekli okuma-yazma döngü sayısını azalttığı ve düşük güç tüketimine katkı sağladığı görülmüştür. Memristörün yaygın kullanım amacına hizmet eden bu uygulamalar için lineer olmama problemine efektif bir çözüm sunulmuştur.