Modelo comportamental do capacitor ferroelétrico como unidade básica de neurônios artificiais e sua implementação em FPGA

This work proposes the use of the behavioral model of the hysteresis loop of the ferroelectrics capacitor as a new alternative to the usually costly techniques in the computation of nonlinear functions in artificial neurons implemented on reconfigurable hardware platform, in this case, a FPGA device. Initially the proposal has been validated by the implementation of the boolean logic through the digital models of two artificial neurons: the Perceptron and a variation of the model Integrate and Fire Spiking Neuron, both using the model also digital of the hysteresis loop of the ferroelectric capacitor as it’s basic nonlinear unit for the calculations of the neurons outputs. Finally, it has been used the analog model of the ferroelectric capacitor with the goal of verifying it’s effectiveness and possibly the reduction of the number of necessary logic elements in the case of implementing the artificial neurons on integrated circuit. The implementations has been carried out by Simulink models and the synthesizing has been done through the DSP Builder software from Altera Corporation.

Este trabalho propõe a utilização do modelo comportamental do ciclo de histerese do capacitor ferroelétrico como uma nova alternativa às técnicas normalmente custosas no cálculo de funções não-lineares em neurônios artificiais implementados em plataforma de hardware reconfigurável, no caso, um dispositivo FPGA. Inicialmente a proposta foi validada por meio da implementação da lógica booleana através dos modelos digitais de dois neurônios artificiais: o Perceptron e uma variação do modelo Spiking Neuron Integrate and Fire, ambos utilizando o modelo também digital do ciclo de histerese do capacitor ferroelétrico como unidade básica não-linear no cálculo das saídas dos neurônios. Finalmente, foi utilizado um modelo analógico do capacitor ferroelétrico com o objetivo de verificar a sua eficácia e uma possível redução no número de elementos lógicos necessá- rios no caso da implementação dos neurônios em circuito integrado. As implementações foram realizadas por meio de modelos em Simulink e a sintetização dos mesmos foi feita com o auxílio do software DSP Builder, da Altera Corporation.