Implementación VLSI de estructuras neuronales inspiradas en la biología

Abstract

En esta memoria se proponen, se analizan con detalle, y se describe el diseño de distintos circuitos analógicos VLSI, que aproximan la dinámica de modelos neuronales, de tipo aditivo o multiplicativo, en los que se basan gran parte de los modelos de computación neuronal utilizados en la bibliografía. Se presentan distintas alternativas para codificar la salida neuronal en frecuencia o mediante desfase de impulsos, y se muestra, mediante configuraciones neuronales sencillas, la utilidad de dichos circuitos para modelar mecanismos de interacción neuronal y reproducir comportamientos observados en las redes biológicas. Además de esta utilidad como herramienta para contribuir a un mejor conocimiento de los sistemas neuronales naturales, se muestra la potencialidad de los circuitos propuestos para la implementación de sistemas neuronales VLSI complejos. Se han adoptado estrategias de diseño dirigidas a reducir la dependencia del funcionamiento de los elementos individuales de la red con respecto a parámetros del proceso de fabricación, temperatura y envejecimiento desigual de los circuitos. Este hecho y la comunicación inter-neuronal basada en pulsos estrechos permite el empleo de esquemas de comunicación dirigidos por eventos que, con gran ahorro de interconexiones, posibilita la implementación de sistemas neuronales complejos (arquitecturas multi-chip) en donde los distintos elementos de la red funcionen de forma paralela e independiente.