Redes neuronales celulares: modelado y diseño monolítico

Abstract

Las aportaciones principales de esta Tesis se refieren al diseño de circuitos electrónicos con las primitivas disponibles en tecnologías CMOS standard, y a la integración monolítica de los mismos en chips de altas y muy-altas densidad de integración. Cuando nos referimos al diseño de circuitos electrónicos es usual marcar una frontera entre circuitos digitales y analógicos. Sin embargo, los compon entes últimos de ambos tipos de circuitos son los mismos, salvo consideraciones de viabilidad tecnológica vinculadas a sus aplicaciones; también comparten los mismos principios fundamentales de operación, por ejemplo la amplificación a través de una fuente de intensidad controlada por tensión; y manejan señales de la misma naturaleza física. La frontera es por tanto difícil de definir exactamente, y tal dificultad se refleja en el intento de clasificar los circuitos que son objeto de atención en esta Tesis. Por una parte, sus salidas válidas toman valores discretos. Por otra, sus entradas son continuas y, lo que es más importante, su funcionamiento implica operadores de naturaleza continua (integradores, sumadores, funciones no-lineales,…) cuyas variables se representan al nivel del circuito mediante señales también continuas. La presente Tesis contiene una sola ponencia y cuatro anexos. La ponencia de una visión muy superficial y sincrética de las contribuciones realizadas en la Tesis, las cuales están detalladas en los anexos. En el Anexo A se estudian los modelos matemáticos de CNNs, y se proponen modificaciones a los mismos orientadas a hacerlos más adecuados para su implementación mediante circuitos integrados. En el Anexo B cubre el diseño de circuitos con pesos no controlables eléctricamente que juegan un papel importante para tareas de pre-procesamiento. El Anexo C presenta varios chips en una tecnología CMOS de 1.6µm usando las técnicas descritas en el Anexo B. Estos chips están orientados hacia el procesamiento de imágenes e incluyen la circuitería de sensado y la de procesamiento sobre el mismo substrato. Finalmente, el Anexo D se dedica a presentar técnicas para redes controlables eléctricamente, y presenta un primer prototipo de un sistema CNN de propósito general, siguiendo el concepto de Máquina Universal CNN introducidos por Roska y Chua