Microchips convolucionadores AER para procesado asíncrono neocortical de información sensorial visual codificada en eventos

Abstract

En este trabajo, se presentan dos versiones diferentes de microchips convolucionadores completamente digitales basados en el protocolo AER para sistemas de procesamiento visual basados en eventos. Estos chips constituyen la unidad básica para construir sistemas complejos multicapa a partir de la interconexión en serie y en paralelo de diferentes muestras de los mismos. Cada uno de ellos permite re alizar convoluciones con kernel programable de un tamaño máximo de 32*32.La primera versión de chip Conv1 opera sobre un array de píxeles de tamaño 32*32, aunque está diseñado para poder construir sistemas equivalentes de mayor resolución conectando varias muestras en paralelo. La segunda versión Conv2 cuenta con un tamaño 4 veces mayor, 64*64 píxeles, y además implementa la funcionalidad multikernel. Esta funcionalidad permite programar varios kernels diferentes dentro de un mismo chip (hasta 32) para que éste pueda recibir eventos de varios chips diferentes de una capa anterior, y aplicarle a cada uno de ellos un kernel diferente en función de su origen. Esto está especialmente indicado para facilitar la implementación de sistemas multicapa, a imitación de la corteza cerebral, y siguiendo las estructuras típicas del paradigma conocido como “Convolutional Neural Networks”.En el presente documento se describen detalladamente las arquitecturas de cada una de las dos versiones propuestas de chips de convolución, así como algunos resultados experimentales obtenidos. El documento está estructurado de la siguiente forma. En primer lugar, en el Capítulo 2 se presentan las ventajas de los sistemas de procesamiento visual basados en eventos, frente a los tradicionales sistemas basados en fotogramas. Este capítulo incluye también una descripción del protocolo AER, imprescindible para construir sistemas de procesamiento por eventos. El Capítulo 3 hace un repaso sobre las estructuras multicapa bioinspiradas de procesamiento de imagen, justificando el uso de la operación de convolución como unidad básica de este tipo de sistemas, describiendo también la arquitectura propuesta para los chips de convolución basados en AER. En el Capítulo 4 se describe en detalle el píxel de convolución como base de los chips propuestos, analizando las dos versiones diferentes, mientras que en el Capítulo 5 se detallan el resto de circuitos periféricos incluidos en los chips de convolución. El Capítulo 6 muestra exhaustivos resultados experimentales obtenidos a partir de las dos versiones Conv1 y Conv2. Por último, el Capítulo 7 presenta las conclusiones.