KIP-Veröffentlichungen

 
Jahr 2014
Autor(en) Gerd Kiene
Titel Evaluating the Synaptic Input of a Neuromorphic Circuit
KIP-Nummer HD-KIP 14-59
KIP-Gruppe(n) F9
Dokumentart Bachelorarbeit
Abstract (de)

This thesis presents an analysis of the synaptic input circuit found on the High-Input Count Analog Neural Network Chip (HICANN). The HICANN is a neuromorphic chip that includes analog synapse and neuron circuits. The synaptic input circuit, a sub-circuit of the neuron circuit, translates synaptic events from the synapse circuit to exponentially shaped conductance signals influencing the neuron circuit. Consecutive events are integrated to a summation of the exponential shapes. The strength of the signal and the time constant of the exponential decay should be adjustable within the synaptic circuit.

In measurements on the chip the synaptic input circuit shows deviations from the expected behavior. To understand the causes for these deviations, the properties of the synaptic input are analyzed in simulation. It is shown that the synaptic input saturates quickly when exposed to input events. This effect is caused by an undersized capacitor that is used in the circuit for the integration of events. Furthermore it is difficult to set a time constant for the exponential decay. In the circuit this constant is tuned by a resistive element. The resistive property of this element shows a strong dependence on the voltage drop across it resulting in highly non ideal behavior. In addition, an offset which is varying between instances of the circuit is found in the integrator circuit that can not be compensated for within the synaptic input circuit. The extent of these deviations is quantified in simulations. Improvements for the next generation of the chip are suggested in the outlook of this thesis.

Abstract (en)

In dieser Arbeit wurde die Schaltung des synaptischen Eingangs, die Teil des High- Input Count Analog Neural Network Chips (HICANN) ist, analysiert. Der HICANN ist ein neuromorpher Chip, der analoge Neuronen- und Synapsenschaltungen enthält. Der synaptische Eingang ist ein Teil der Neuronenschaltung und wandelt synaptische Ereignisse in exponentiell abfallende Konduktanzen, welche die Neuronenschaltung stimulieren, um. Aufeinander folgende synaptische Ereignisse werden zu einer Summe der exponentiellen Kurven integriert. Weiterhin sollten die Signalstärke und die Zeitkonstante in der Schaltung einstellbar sein.

Dieser Arbeit vorausgegangenen Messungen zeigte der synaptische Eingang Abweichungen vom erwarteten Verhalten. Ziel der Arbeit war es, die Gründe für diese Abweichungen aufzudecken. Zunächst ist hier die schnelle Sättigung der Schaltung bei Anregung durch synaptische Ereignisse zu nennen. Der Grund für diese liegt in dem unterdimensionierten Kondensator, welcher im synaptischen Eingang genutzt wird. Weiterhin wurden Schwierigkeiten bei der Einstellung der Zeitkonstante des exponentiellen Abfalls festgestellt. Diese Schwierigkeiten werden durch den Widerstand, mit welchem die Zeitkonstante eingestellt wird hervorgerufen. Dieser zeigt ein stark nichtlineares Verhalten. Zuletzt ist auch ein nicht kalibierbarer, zwischen den Instanzen der Schaltung variierender Offset im synaptischen Eingang festzustellen. Im Ausblick der Arbeit werden Vorschläge für mögliche Verbesserungen der Schaltung gemacht.

bibtex
@mastersthesis{kiene14bachelorthesis,
  author   = {Gerd Kiene},
  title    = {Evaluating the Synaptic Input of a Neuromorphic Circuit},
  school   = {Universit\"at Heidelberg},
  year     = {2014},
  type     = {Bachelor Thesis}
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