KIP-Veröffentlichungen

 
Jahr 2015
Autor(en) Tobias Nonnenmacher
Titel Characterization of Spike-Timing Dependent Plasticity in Neuromorphic Hardware
KIP-Nummer HD-KIP 15-35
KIP-Gruppe(n) F9
Dokumentart Masterarbeit
Keywords STDP, neuromorphic hardware, learning
Abstract (de)

In dieser Arbeit geht es um die Charakterisierung einer Hardwareimplementierung von Spike-Timing Dependent Plasticity (STDP) auf einem beschleunigten neuromorphen Chip, dem High Input Count Analog Neural Network (HICANNv2) Chip. Es werden zwei Methoden vorgestellt, um den Einfluss spezischer Hardwareparameter zu untersuchen und einen Arbeitsbereich für diese zu änden. Die Messungen des STDP-Effekts an Einzelsynapsen ergeben einstellbare Zeitkonstanten zwischen  τ = (62 ± 5) ns und τ = (1157 ± 20) ns. Acht Synapsen werden für detaillierte Einzelsynapsenmessungen herangezogen und die Zeitkonstanten extrahiert. Für zwei Synapsen, die nicht das erwartete STDP Verhalten zeigen, können ebenfalls detailliertere Untersuchungen vorgenommen werden. Dabei wird eine Möglichkeit gezeigt, die hohe Konfigurierbarkeit des Systems zu nutzen, um mögliche Ursachen für das Verhalten auszuschließen.
Der Ansatz, STDP-Eigenschaften an mehreren Synapsen parallel zu messen, ergibt einen saturierten STDP-Effekt schon ohne den Wechsel von prä- und postsynaptischen Aktionspotentialen. Mögliche Ursachen hierfür, sowie die Limitierungen der entwickelten Messmethode werden diskutiert. Insgesamt zeigen die Einzelmessungen, dass die STDP-Hardwareimplementierung funktioniert, andere Effekte jedoch, wie der Einfluss umliegender Neurone und Synapsen, weiter untersucht werden müssen.

Abstract (en)

In this thesis, the hardware implementation of Spike-Timing Dependent Plasticity (STDP) on an accelerated neuromorphic hardware system, the High Input Count Analog Neural Network (HICANNv2) chip, is characterized. Two methods are developed in order to investigate the inuence of specic STDP hardware parameters. An operating range for these parameters is given. Measurements at single synapses show congurable time constants in the range from  τ = (62 ± 5) ns  to  τ = (1157 ± 20) ns. Eight synapses were measured in detail and their STDP time constants extracted. Two synapses which did not show the expected behavior, are measured in detail. With the highly congurable system, a possibility to remove the cause for that is presented. The approach to measure multiple synapses in parallel shows a saturation of the STDP eect without the input of presynaptic spikes. Possible reasons for this are discussed as well as the limitations of the developed measurement protocol.
The single measurements show that the STDP implementation is functionally operational, but other eects like the inuence of surrounding neurons and synapses have to be investigated further.

bibtex
@mastersthesis{nonnenmacher2015,
  author   = {Tobias Nonnenmacher},
  title    = {Characterization of Spike-Timing Dependent Plasticity in Neuromorphic Hardware},
  school   = {Universit\"at Heidelberg},
  year     = {2015},
  type     = {Masterarbeit}
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