事件驱动神经形态系统
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作者[瑞士]刘世奇,[美]托比·德布鲁克,[意]贾科莫·英迪维里 等
出版社北京航空航天大学出版社有限公司
ISBN9787512432307
出版时间2021-11
装帧平装
开本16开
定价169元
货号11388516
上书时间2024-12-25
商品详情
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作者简介
王英勋，男，研究员，博士生导师。北京航空航天大学无人系统研究院院长，飞行器控制一体化技术国防科技重点实验室副主任。中国航空学会理事、学术委员会委员、GNC分会名誉主任委员；无人驾驶航空器系统专门委员会副主任委员；中国民航局无人机人员资质专家组成员；中国航空器拥有者与驾驶员协会无人机专家委员会主任；全国专业标准化技术委员会委员；中国指控与控制学会多智能体协同控制专业委员会委员。研究方向为无人机总体技术、无人机自主控制技术。曾任中国航空工业集团公司无人机办专务、副主任、主任。曾任多个型号无人机的总师、副总师，荣获国家科技进步一等奖、国防科技进步一等奖。具有国际项目管理学会（IPMP）高级项目经理资质，是国际系统工程师协会（INCOSE）系统工程师培训课程高级讲师。享受政府特殊津贴。
蔡志浩，男，博士，高级工程师，硕士生导师。主讲航空系统工程、系统架构设计等本科生、研究生核心专业课程；参与了多型国家重点型号无人机系统研制；探索将系统工程与复杂系统架构方法应用于教学、科研实践；从事创新布局无人机系统设计、高动态飞行器自主感知与控制等方向科学研究；主持预研项目、探索项目、航空基金和多项军工企业合作项目；培养的研究生曾荣获国家奖学金等荣誉，参加国内、国际大赛，取得优异成绩。
赵江，男，博士，副教授，硕士生导师。本科毕业于西北工业大学自动化专业，硕士毕业于西北工业大学控制理论与控制工程专业，博士毕业于北京航空航天大学导航制导与控制专业。研究方向为自主飞行控制技术。主持参与研究课题20余项，发表学术论文50余篇。入选北京航空航天大学青年拔尖人才、Chinese Journal of Aeronautics高被引作者。主讲系统工程原理、系统思维与航空系统工程等课程。
目录
第1章简介1
1.1起源与历史背景2
1.2建立有用的神经形态系统4
参考文献5
部分理解神经形态系统第2章通信9
2.1简介9
2.2地址事件表示11
2.2.1AER编码器12
2.2.2仲裁机制13
2.2.3编码机制16
2.2.4多个AER端点17
2.2.5地址映射17
2.2.6路由18
2.3AER链接设计注意事项18
2.3.1权衡:动态分配还是静态分配19
2.3.2权衡:仲裁访问还是冲突20
2.3.3权衡:排队与下降峰值22
2.3.4预测吞吐量的需求23
2.3.5设计权衡24
2.4AER链路的演变25
2.4.1单发单收25
2.4.2多发多收27
2.4.3并行信号协调28
2.4.4字串行寻址29
2.4.5串行差分信号29
2.5讨论30
参考文献31
第3章硅视网膜34
3.1简介34
3.2生物视网膜35
3.3具有串行模拟输出的硅视网膜36
3.4事件驱动的异步像素输出与同步帧36
3.5AER视网膜37
3.5.1动态视觉传感器39
3.5.2基于时间的异步图像传感器42
3.5.3异步ParvoMagno视网膜模型42
3.5.4事件驱动的强度编码成像仪44
3.5.5空间对比度与方向视觉传感器46
3.6硅视网膜像素49
3.6.1DVS像素49
3.6.2ATIS像素52
3.6.3VISe 像素53
3.6.4Octopus 像素53
3.7硅视网膜新规范55
3.7.1DVS响应均匀性55
3.7.2DVS背景活动56
3.7.3DVS动态范围57
3.7.4DVS延迟和抖动57
3.8讨论58
目录事件驱动神经形态系统参考文献61
第4章硅耳蜗66
4.1简介66
4.2耳蜗结构70
4.2.1级联一维70
4.2.2基本的一维硅耳蜗71
4.2.3二维架构72
4.2.4电阻(导电)网络73
4.2.5BM谐振器73
4.2.6二维硅耳蜗模型73
4.2.7添加OHC的主动非线性特性75
4.3尖峰型耳蜗77
4.3.1AEREAR2滤波器的Q控制78
4.3.2应用:基于尖峰的听觉处理78
4.4树状图79
4.5讨论80
参考文献81
第5章运动电机控制85
5.1简介85
5.1.1确定功能性生物学元素86
5.1.2有节奏的运动模式86
5.2运动控制中的神经回路建模88
5.2.1描述运动行为89
5.2.2虚拟分析90
5.2.3连接模型92
5.2.4基本CPG结构93
5.2.5神经形态架构95
5.3工作中的神经形态CPG101
5.3.1神经假体：体内运动的控制101
5.3.2步行机器人102
5.3.3各段间协调建模104
5.4讨论104
参考文献106
第6章神经形态系统的学习113
6.1简介：突触连接、记忆和学习114
6.2在神经形态硬件中保留记忆114
6.2.1记忆维护问题：直觉114
6.2.2记忆维护问题：定量分析116
6.2.3解决记忆维护问题117
6.3在神经形态硬件中存储记忆121
6.3.1突触学习模型121
6.3.2在神经形态硬件中实现突触模型124
6.4神经形态硬件中的联想记忆128
6.4.1吸引子神经网络中的记忆检索128
6.4.2问题132
6.5神经形态芯片中的吸引子状态134
6.5.1记忆检索134
6.5.2实时学习视觉刺激136
6.6讨论138
参考文献139
第二部分建立神经形态系统第7章硅神经元145
7.1简介145
7.2硅神经元电路块147
7.2.1电导动力学147
7.2.2尖峰事件生成149
7.2.3尖峰阈值和不应期150
7.2.4尖峰频率自适应和自适应阈值152
7.2.5轴突和树突树153
7.2.6其他有用的构建基块154
7.3硅神经元实现155
7.3.1亚阈生物物理现实模型155
7.3.2事件驱动系统的紧凑型I＆F电路158
7.3.3通用I＆F神经元电路159
7.3.4高于阈值、加速时间和开关电容设计163
7.4讨论167
参考文献169
第8章硅突触176
8.1简介177
8.2硅突触实现178
8.2.1无电导电路179
8.2.2电导电路187
8.2.3NMDA突触电路189
8.3动态塑性突触190
8.3.1短期可塑性190
8.3.2长期可塑性192
8.4讨论201
参考文献203
第9章硅耳蜗构造模块208
9.1介绍208
9.2电压域二阶滤波器209
9.2.1跨导放大器209
9.2.2二阶低通滤波器210
9.2.3滤波器的稳定性211
9.2.4稳定的二阶低通滤波器213
9.2.5差异213
9.3电流域二阶滤波器215
9.3.1跨线性回路215
9.3.2二阶Tau细胞对数域滤波器217
9.4指数偏差生成218
9.5内毛细胞模型220
9.6讨论221
参考文献222
第10章可编程和可配置的模拟神经形态集成电路224
10.1简介224
10.2浮栅电路基础知识225
10.3启用电容电路的浮栅电路226
10.4修改浮栅电荷228
10.4.1电子隧道效应228
10.4.2PFET热电子注入229
10.5可编程模拟器件的精确编程230
10.6可编程模拟方法的缩放232
10.7低功耗模拟信号处理233
10.8与数字方法的低功耗比较:内存中的模拟计算235
10.9数字复杂度下模拟编程:大规模现场可编程模拟阵列236
10.10模拟信号处理的应用238
10.10.1模拟变换成像仪238
10.10.2自适应滤波器和分类器240
10.11讨论241
参考文献242
第11章偏置发生器电路248
11.1简介248
11.2偏置发生器电路249
11.2.1自举电流镜主偏置基准电流250
11.2.2主偏置电源抑制比251
11.2.3主偏置的稳定性 252
11.2.4主偏置启动和电源控制252
11.2.5电流分流器:获得主电流的数字控制部分253
11.2.6实现偏置电流的良好单调分辨率257
11.2.7粗精范围选择258
11.2.8小电流的偏移源偏置259
11.2.9个体偏差的缓冲和旁路解耦261
11.2.10通用偏置缓冲电路263
11.2.11保护偏置分流器电流不受寄生光电流的影响264
11.3包括外部控制器的整体偏置发生器结构264
11.4典型特征265
11.5设计工具包266
11.6讨论267
参考文献267
第12章片上AER通信电路269
12.1简介269
12.1.1通信周期270
12.1.2通信提速271
12.2AER发送器模块272
12.2.1像素内的AER电路273
12.2.2仲裁器273
12.2.3其他AER模块279
12.2.4联合作业280
12.3AER接收器模块280
12.3.1芯片级握手模块281
12.3.2解码器282
12.3.3接收像素中的握手电路282
12.3.4脉冲扩展电路283
12.3.5接收阵列外围握手电路283
12.4讨论284
参考文献285
第13章硬件基础架构287
13.1简介287
13.1.1监控AER事件288
13.1.2AER事件定序292
13.1.3映射AER事件293
13.2小型系统的硬件基础架构板296
13.2.1硅皮层296
13.2.2集中通信297
13.2.3可组合架构解决方案298
13.2.4菊花链结构303
13.2.5接口板使用串行AER304
13.2.6可重构网状架构307
13.3中等规模多芯片系统309
13.3.1OR IFAT系统309
13.3.2多芯片定向系统311
13.3.3CAVIAR系统314
13.4FPGA319
13.5讨论321
参考文献323
第14章软件基础架构330
14.1简介330
14.2芯片和系统描述软件331
14.2.1可扩展标记语言332
14.2.2NeuroML332
14.3组态软件332
14.4地址事件流处理软件333
14.4.1现场可编程门阵列333
14.4.2AE流处理软件的结构334
14.4.3带宽和延迟334
14.4.4优化335
14.4.5应用程序编程接口335
14.4.6 AE流的网络传输336
14.5映射软件336
14.6软件示例337
14.6.1ChipDatabase:用于调整神经形态aVLSI芯片的系统337
14.6.2Spike Toolbox339
14.6.3jAER339
14.6.4Python和PyNN340
14.7讨论342
参考文献343
第15章事件流的算法处理346
15.1简介346
15.2软件基础架构需求348
15.3嵌入式实现350
15.4算法实例350
15.4.1降噪滤波器351
15.4.2时间戳映射和按位移地址进行二次采样352
15.4.3作为低级功能检测器的事件标记器352
15.4.4视觉跟踪器354
15.4.5事件驱动的音频处理358
15.5讨论358
参考文献359
第16章迈向大规模神经形态系统362
16.1简介362
16.2大型系统实例362
16.2.1尖峰神经网络结构363
16.2.2分层AE365
16.2.3神经网络366
16.2.4高输入计数模拟神经网络系统368
16.3讨论369
参考文献370
第17章作为潜在技术大脑372
17.1简介372
17.2神经计算的本质：脑技术原理373
17.3理解大脑的方法375
17.4大脑构造和功能的一些原理376
17.5神经电路处理的示例模型378
17.6对神经形态的认知380
参考文献381
内容摘要
本书系统地描述了神经形态工程领域的新技术，包括构建完整的神经形态芯片和解决制造多芯片可扩展系统面临的技术问题。本书主要内容分为两部分。第一部分（第2~6章）描述了所构建的AER通信体系结构、AER传感器和电子神经模型，其中，第2~5章用树状图描述了将架构和电路关联起来的历史，并引导读者阅读大量文献；第6章描述了关于事件驱动系统学习的大部分理论知识。第二部分（第7~16章）面向神经形态电子系统构建方向的读者，提供了用于构建传感器和计算单元建模神经系统构建基块的各种方法信息，包括硅神经元、硅突触、硅耳蜗电路、浮栅电路和可编程控制器数字偏置发生器的详细信息，还包括硬件和软件通信基础结构，以及事件驱动传感器输出算法处理的相关内容。本书以第17章结尾，梳理了当前计算机与神经系统在实现计算处理方式上的差异，讨论了认知神经形态系统发展的长期途径。
精彩内容
本书系统地描述了神经形态工程领域的新技术，包括构建完整的神经形态芯片和解决制造多芯片可扩展系统面临的技术问题。本书主要内容分为两部分。第一部分（第2~6章）描述了所构建的AER通信体系结构、AER传感器和电子神经模型，其中，第2~5章用树状图描述了将架构和电路关联起来的历史，并引导读者阅读大量文献；第6章描述了关于事件驱动系统学习的大部分理论知识。第二部分（第7~16章）面向神经形态电子系统构建方向的读者，提供了用于构建传感器和计算单元建模神经系统构建基块的各种方法信息，包括硅神经元、硅突触、硅耳蜗电路、浮栅电路和可编程控制器数字偏置发生器的详细信息，还包括硬件和软件通信基础结构，以及事件驱动传感器输出算法处理的相关内容。本书以第17章结尾，梳理了当前计算机与神经系统在实现计算处理方式上的差异，讨论了认知神经形态系统发展的长期途径。
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