JPH11176170A - 連想メモリおよびその作動方法 - Google Patents
連想メモリおよびその作動方法Info
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- JPH11176170A JPH11176170A JP10273953A JP27395398A JPH11176170A JP H11176170 A JPH11176170 A JP H11176170A JP 10273953 A JP10273953 A JP 10273953A JP 27395398 A JP27395398 A JP 27395398A JP H11176170 A JPH11176170 A JP H11176170A
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Abstract
積度に近い集積度を有し、消費電力の小さい連想メモリ
とその作動方法を提供すること。 【解決手段】 各々のメモリセルが単に、通常の第1の
PMOSトランジスタと、フローティングゲートを備え
た第2のPMOSトランジスタとの直列回路からなり、
第1PMOSトランジスタの第1端子は、電源電圧と接
続されており、第1PMOSトランジスタの第2端子
は、第2PMOSトランジスタを介して、連想記憶を行
うために出力ベクトルのビット信号に対するそれぞれの
端子と接続されており、読み込みのために電流評価器と
接続されており、各々の入力ベクトルのビット信号に対
する端子には、各々の第1PMOSトランジスタのゲー
トが接続されており、学習信号に対する端子には、第2
PMOSトランジスタのゲートが接続されている連想メ
モリを構成する。
Description
リに関する。この連想メモリは、特定の高速データ処理
を行う装置においては、従来の同等の装置と比べた場合
に、高度の並列処理に基づくためにきわめて有利であ
る。例えばセンサデータに対する応答としてデータを高
速に照合する際には、例えば画像処理またはインテリジ
ェントなセンサのデータ処理においては、面積とエネル
ギー消費の小さい相応のVLSI回路が必要である。
マトリクスの形に設けられたメモリセルの集合から構成
されているが、ある程度の付加的な機能を有している。
従来の学習機能を有するニューロン連想メモリでは、メ
モリセルは一種のプロセッサ素子またはオートマトン素
子であり、それらはそれぞれローカルなメモリおよびロ
ーカルな実行制御から成っている。
年、第19〜31ページのPalmによる論文“On Associa
tive Memory”からいわゆる「連想マトリクス」の原理
が公知である。そこではバイナリのメモリマトリクスが
扱われている。このメモリマトリクスでは、同様にバイ
ナリの入力側ベクトルXが行単位で、そして出力側ベク
トルYが列単位で書き込まれないしは読み込まれる。こ
こでは連想記憶は、いわゆるHebbの学習規則の簡略され
た形式で行われる。この学習規則では、関連づけを行う
べきパターン対X/Yをマトリクスに給電する際に、そ
れぞれのマトリクス成分mijにおいて、どのようにこの
マトリクス成分の状態を変化させるかが局所的に決定さ
れる。これは例えばつぎのようになる。すなわち、この
記憶マトリクスが最初の初期化された状態ではすべて
「論理的ゼロ」に設定されており、それから学習プロセ
スとともにそれぞれのメモリセルmijに対して、Xi=
Yj=「論理的1」が成り立つ場合にのみ、その状態が
「論理的ゼロ」から「論理的1」に変化する。該当する
メモリセルにすでに「論理的1」が書かれている場合に
は、この状態を保持しなければならない。記憶されたデ
ータ語を読み出す場合には、マトリクスの該当する入力
側ベクトルXを供給し、このメモリセルのアクティビテ
ィを列毎に合計し、この和に対して閾値判定を行うこと
によって、出力側の値Y’を形成する。ただしここでメ
モリセルがアクティブであるとは、xi=mi j=‘1’
の場合をいう。
68〜79ページからは類似の計算分野の原理、利点お
よび限界が公知である。
メモリのセルの構成素子が可能限り少なく、従来の固定
値メモリ(EEPROM,EPROM)の集積度に近い
集積度で実現可能であり、また可能な限り消費電力の小
さい連想メモリとその作動方法を提供することにある。
り、同じ形式の複数のメモリセルを有する連想メモリに
おいて、各々のメモリセルは単に、通常の第1のPMO
Sトランジスタと、フローティングゲートを備えた第2
のPMOSトランジスタとの直列回路からなり、前記第
1PMOSトランジスタの第1の端子は、電源電圧と接
続されており、前記第1PMOSトランジスタの第2の
端子は、第前記2PMOSトランジスタを介して、連想
記憶を行うために出力ベクトルのビット信号に対するそ
れぞれの端子と接続されており、また読み込みのために
電流評価器と接続されており、各々のメモリセルでは、
各々の入力ベクトルのビット信号に対する端子が、各々
の前記第1PMOSトランジスタのゲートと接続されて
おり、学習信号に対する端子は、前記第2PMOSトラ
ンジスタのゲートと接続されている連想メモリを構成
し、該連想メモリを本発明の方法により作動させること
によって解決される。
されている。
に基づき詳しく説明する。
MOSトランジスタによって、記憶機能だけでなく学習
機能をも機能的に統合することが可能である。
〜5およびZを有する連想メモリの平面図を例示してい
る。セルZは例えば通常のPMOSトランジスタT1
と、フローティングゲートを備えたPMOSトランジス
タT2とから成る直列回路をそれぞれ有している。この
直列回路は、トランジスタT1を介して電源電圧Vddと
接続されており、トランジスタT2を介して出力ベクト
ルYのビット信号に対する端子Yjと接続されており、
また電流評価器IBjの入力側と接続されている。トラ
ンジスタT1のゲートG1は、入力ベクトルXのビット
信号に対する端子X kと接続されている。トランジスタ
T2のゲートG2は学習信号に対する端子LEARNと
接続されている。メモリセルZに隣接するセル1および
4では、単に端子Xkの代わりに端子Xk-1およびXk+1
が入力側ベクトルの隣接するビット信号に対して接続さ
れているだけであり、Zとともに第1の列を形成してい
る。隣接する列はセル2,3および5から成り、これら
セルは端子Yjではなく、出力ベクトルの隣接するビッ
ト信号に対する端子Yj+1と接続されており、また別の
電流評価器IBj+1と接続されている。
れらのセルのトランジスタT2のドレイン端子はそれぞ
れ、共通のドレイン線路を介して端子Yjと接続されて
いる。読み込みフェーズで導通するメモリセルの数に応
じて、この共通のドレイン線路には所定の電流が流れ
る。そしてこのドレイン線路に接続された電流評価器I
Bj,IBj+1…は、それぞれ1つの列内でアクティブと
なったメモリセルの数を求め、閾値判定を行う。
り実際の学習プロセスを開始できるようにするために
は、前もってメモリマトリクスを初期化しなければなら
ない。そのために全てのメモリセルに「論理的ゼロ」が
書き込まれ、フローティングゲートを備えたトランジス
タはすべてノーマリーオフトランジスタとなる。ここで
「ノーマリーオフ」とは、ゲート−ソース間電圧が0V
の場合にトランジスタが遮断されることを意味してい
る。これは例えば製造した回路にUV光を使用する(U
V消去)ことにより、または有利にはすべての学習入力
側LEARNに、基板(バルク bulk)に比して高い正
の電圧に印加することによって行うことが可能である。
これによりゲート酸化膜によるファウラー・ノルドハイ
ムトンネルによりフローティングゲートが正になる。
理的1」の場合には0Vの電圧レベル、「論理的0」の
場合にはVDD=+5Vの電圧レベルが端子Xkに印加さ
れていることとし、また「論理的1」の場合には負の電
位、例えばVprog=−VDD=−5V、「論理的0」の場
合には上と同様にVDD=+5Vの電圧レベルが端子Yj
に印加されていることとする。学習入力側LEARN
は、すべてのメモリセルに対して固定にアースと接続さ
れている。次の表は連想フェーズでの、入力値の種々異
なる組合せによる影響を概略的に示している。
高いドレイン−ソース電圧により通流が生じ、ひいては
フローティングゲートPMOSトランジスタのホットエ
レクトロンプログラミングがこのフローティングゲート
へのホットエレクトロン注入(HE注入)によって行わ
れる。この時に付加的な電子がフローティングゲートに
到達し、これによりT2の閾電圧が正値の方向に変化し
て、T2は最終的にノーマリーオントランジスタにな
る。ここで「ノーマリーオン」とは、トランジスタが0
Vのゲート−ソース間電圧で導通することを意味する。
の際には例えば、端子Xkにおいて「論理的1」には0
Vの電圧レベルが相当し、「論理的0」にはVDDの電圧
レベルが相当するとする。これに伴って端子Yjは開で
あるかないしは信号が印加されておらず、トランジスタ
T2のドレイン端子はこの場合にメモリセルZの電流出
口としての役割を果たしている。学習入力側LEARN
はすべてのメモリセルに対して固定にVDDと接続されて
いる。T1およびT2の直列回路はこの場合にANDゲ
ートのように作用する。すなわちX=‘1’かつセル状
態=‘1’の場合にのみ、導通状態となる。この電流
は、トランジスタT2のドレイン端子に、共通のドレイ
ン線路を介して接続されている電流評価器Ibj,Ib
j+1…によって検出可能である。その理由は、この場合
にのみ2つのトランジスタが同時に導通となるからであ
る。
明による連想メモリの平面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 同じ形式の複数のメモリセル(Z)を有
する連想メモリにおいて、 各々のメモリセルは単に、通常の第1のPMOSトラン
ジスタ(T1)と、フローティングゲート(FG)を備
えた第2のPMOSトランジスタ(T2)との直列回路
からなり、 前記第1PMOSトランジスタの第1の端子は、電源電
圧(Vdd)と接続されており、 前記第1PMOSトランジスタの第2の端子は、前記第
2PMOSトランジスタを介して、連想記憶を行うため
に出力ベクトル(Y)のビット信号に対するそれぞれの
端子(Yj)と接続されており、また読み込みのために
電流評価器(Ibj)と接続されており、 各々のメモリセルでは、各々の入力ベクトル(X)のビ
ット信号に対する端子(Xk)が、各々の前記第1PM
OSトランジスタのゲート(G1)と接続されており、 学習信号(LEARN)に対する端子は、前記第2PM
OSトランジスタのゲート(G2)と接続されているこ
とを特徴とする連想メモリ。 - 【請求項2】 前記メモリセルは、マトリクスの形状に
構成され、入力ベクトルのビット信号に対する端子(X
k)は、それぞれ共通の行に接続されており、出力ベク
トルのビット信号に対する端子(Yj)は、それぞれ共
通の列のメモリセル(1,4)に接続されている請求項
1に記載の連想メモリ。 - 【請求項3】 請求項1に記載の連想メモリの作動方法
において、 連想メモリの消去と、前記セルの連想記憶と、前記セル
の読み出しを行い、 前記連想メモリの消去は、UV光によって、または前記
フローティングゲート(FG)に正の電圧を印加するこ
とのいずれかによって行われ、前記正の電圧は、基板に
比して高い正の、学習信号に対する端子の電圧を用い、
これにより前記第2PMOSトランジスタ(T2)をす
べてノーマリーオフトランジスタとし、 前記セルの連想記憶は、入力ベクトルのビット信号に対
する端子および出力ベクトルのビット信号に対する端子
が、それぞれ論理的1のレベルに印加された場合にの
み、前記第2PMOSトランジスタがノーマリーオント
ランジスタとなるまで前記第2PMOSトランジスタの
各々のフローティングゲートにホットエレクトロンを注
入することによって行われ、 前記セルの読み込みは、学習信号(LEARN)に電源
電圧(Vdd)が印加され、入力ベクトルの各々のビット
信号に対する端子に論理的1に対する電圧が印加され、
かつ前記第2のPMOSトランジスタがノーマリーオン
トランジスタである場合にのみ、各々の直列回路と、出
力ベクトルのビット信号に対する端子を通して電流を流
すことによって行われ、この場合にのみ前記2つのPM
OSトランジスタが導通状態となることを特徴とする連
想メモリを作動させる方法。
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