Memristor based synapse design
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: SEDA GÜNAKIN
Danışman: Zehra Gülru Çam Taşkıran
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Yapay sinir ağları günümüze kadar bilgisayarlı görü, doğal dil işleme, ses veya karakter tanıma gibi pek çok uygulamada kullanılmıştır. Ağa verilen bu görevler zorlaştıkça ağın yapısı da karmaşıklaşmakta ve parametreler arttıkça işlem süresi uzamaktadır. Bu sebeple de ağlar donanımsal olarak gerçeklenmeye başlanmıştır. Memristör, uçucu olmayan hafıza özelliği ve tanım bağıntısı gereği ağırlıklı toplam işleminde sağladığı kolaylık sebebiyle sinaps gerçeklemeleri için literatürde en sık kullanılan eleman olarak yer almıştır. Bu çalışmada da memristör temelli, sınıflama amacıyla kullanılacak bir algılayıcı tasarımı oluşturulmuştur. Bu tasarım için oluşturulan ağ çok katmanlı bir yapıya sahiptir. Sınıflandırma için literatürde yaygın olarak kullanılan iris veri seti kullanılmıştır. Giriş katmanı, gizli katman ve çıkış katmanı bulunan ağ geriye yayılımlı öğrenme algoritması ile eğitilmiş ve transfer fonksiyonu olarak eşik fonksiyonu kullanılmıştır. Önerilen devre tasarımı ileri yol ve geri yayılım bloklarından oluşmaktadır. İleri yol bloğu ağırlıklı çarpım işlemini memristör çapraz çubuk dizisi kullanarak, aktivasyon fonksiyonunu ise karşılaştırıcı bloklarını kullanarak tamamen analog olarak gerçeklemektedir. İleri yolda hesaplanan çıkışların hata değerleri bulunarak bu hataların geri yayılımı ile ağın eğitim işlemi gerçekleştirilmiştir. Minimum hata bulunana kadar işleme devam edilerek bu sürecin sonunda gerekli olan ağırlık güncellemeleri analog-dijital hibrit bir devre sayesinde kullanıcı müdahalesine ihtiyaç duyulmadan gerçekleştirilmiş olur. Joglekar ve Wolf memristör modeli ve memristif özellik gösteren bir emülatör devresi ile uygulamalar gerçekleştirilmiştir. Bu sistemlerin istenen ağırlıkları gerçekleyebilecekleri aralık i-v karakteristikleri incelenerek belirlenmiş ve kontrollerinin belirli bir süre uygulanan darbe katarları ile sağlanabileceği gösterilmiştir. Elde edilen karakteristikler incelenerek ağırlık güncellemeleri için gereken memristör aralıkları belirlenmiş ve memristörlere ait hassasiyetler hesaplanmıştır. Tasarlanan analog devrelerin çalışabilirliği PSPICE simülasyonları ile doğrulanmıştır ve MATLAB ile elde edilen algoritmik sonuçlar ile simülasyon sonuçlarının uyumlu olduğu görülmüştür.