Nöromorfik hesaplama sistemine yönelik devre tasarımı
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: MUHAMMED EFDAL ELKATMIŞ
Danışman: Burcu Erkmen
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu çalısmada, biyolojik bir beynin davranısını taklit edebilen, ignecikli sinir agı yapısını temel alan nöron ve sinaps tümdevre tasarımları sunulmu¸stur. Ilk olarak donanımsal olarak tasarlanacak LIF (Leaky Integrate& Fire) nöron modeli, elektriksel ve matematiksel olarak detaylıca analiz edilmis, farklı kosullardaki uyaranlara karsı dinamikleri Python ortamında yapılan simülasyonlarla grafik olarak sunulmu¸stur. Daha sonra LIF nöron modeline uygun bir silikon nöron devresi tasarlanıp detaylı simülasyonlar yapılmıs, donanım ve yazılım sonuçlarının karsılastırılmasıyla silikon nöronun biyolojik gerçekçiligi yorumlanmıstır. Sunulan nöron devresi, biyolojik ˘nöron dinamiklerini sergileme yetenegine sahip olarak 0.6 V besleme gerilimi˘ ile e¸sik altı transistör bölgesinde çalısacak sekilde tasarlanmıstır. Ignecik basına 375fJ harcayarak literatürdeki benzer devrelere göre daha yüksek enerji verimliligi saglamaktadır. Nöron devresi, sızıntı, refrakter periyodu ve e¸sikleme mekanizması gibi ön gerilimler ile ayarlanabilen biyolojik dinamiklere sahiptir. DPI (Differential-Pair Integrator) sinaps devresi ise uyarıcı ve baskılayıcı dinamiklere sahip, düsük güç tüketimi ve çip alanına sahip olacak ¸sekilde tasarlanmı¸stır. Sızıntı akımları, devre içinde yanlı¸s uyarılar olu¸sturdugundan dolayı tasarlanan devrede, gerilim ölçekleme ve bölünmü¸s-transistör gibi sızıntı akımı azaltma teknikleri kullanılarak nöron ve sinaps devrelerinin çok dü¸sük kapasite degerleri ile biyolojik olarak gerçekçi zaman sabitlerinde çalısması saglanmı¸stır. Tasarlanan nöron ve sinaps devrelerinin özelliklerinden faydalanılarak iki farklı uygulama gerçeklestirilmistir. Uygulamaların ilkinde nöron ve sinaps devrelerinin birbirine entegre edilmesiyle küçük ölçekli bir ignecikli sinir agı yapısı olusturulup farklı sinaptik dinamikler için detaylı analizler yapılmıstır. Diger uygulamada ise temel mantık kapıları, tek bir nöron üzerinde, sadece ön gerilim degerleri degistirilerek birbirleri arasında geçis yapabilecek sekilde tasarlanmıstır. Devreler 130 nm UMC CMOS teknolojisinde tasarlanıp Cadence Spectre tasarım aracında simülasyonları gerçeklestirilmistir. Anahtar Kelimeler: Nöromorfik hesaplama, yapay nöron, nöron ve sinaps devreleri, ignecikli sinir ağları