Unsupervised Learning in a Ternary SNN Using STDP

三元运算 无监督学习 计算机科学 人工智能 机器学习 模式识别(心理学) 程序设计语言
作者
Abhinav Gupta,Sneh Saurabh
出处
期刊:IEEE Journal of the Electron Devices Society [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:12: 211-220 被引量:4
标识
DOI:10.1109/jeds.2024.3366199
摘要

This paper proposes a novel implementation of a ternary Spiking Neural Network (SNN) and investigates it using a hierarchical simulation framework. The proposed ternary SNN is trained in an unsupervised manner using the Spike Timing Dependent Plasticity (STDP) learning rule. A ternary neuron is implemented using a Dual-Pocket Tunnel Field effect transistor (DP-TFET). The synapse consists of a Magnetic Tunnel Junction (MTJ) with a Heavy Metal (HM) underlayer, allowing for the adjustment of its conductance by directing a current through the HM layer. Further, we show that a pair of dual-pocket Fully-Depleted Silicon-on-Insulator (FD-SOI) MOSFETs can be utilized to generate a current, which reduces exponentially with increasing duration of firing events between pre- and post-synaptic neurons. This current modulates the synapse’s conductance according to STDP. Furthermore, it is demonstrated that the proposed ternary SNN can be trained to classify digits in the MNIST dataset with an accuracy of 82%, which is better (75%) than that obtained using a binary SNN. Moreover, the runtime required to train the proposed ternary SNN is $8\times $ less than that required for a binary SNN.

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