GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein
Datenverarbeitungssystem vom Typ eines neuronalen Netzwerks.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein Datenverarbeitungssystem vom sogenannten "neuronalen
Netzwerktyp" hat eine große Anzahl von Datenleitungen
entsprechend der Basis des verteilten Verarbeitungssystem. Als
Konsequenz kann es aufgrund der Beschränkung der Anzahl der
Anschlußstifte bei Realisierung durch Hardware wenige
Anzahlen von Neuronen bilden. Eine Verarbeitung von Software wird
außerdem so ausgeführt, daß derartige Beschränkungen
vermieden werden, allerdings ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit
nicht schnell genug. Es war unmöglich, das
Datenverarbeitungssystem vom Typ eines neuronalen Netzwerks auf
Produktionen für Verbraucher anzuwenden, da im allgemeinen ein
Computer mit hoher Geschwindigkeit und großer Kapazität
erforderlich war.
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Aus D1: Electronic Design, Band 37, Nr. 12, 8. Juni 1989,
Hasbrouck Heights, New Jersey, USA, Seite 27, J. Till:
"Optoelectronic Scheme Opens Doors for Neural Nets" ist ein
Datenprozessor vom Typ eines neuronalen Netzwerks bekannt,
der eine photoleitende Schicht verwendet. Die photoleitende
Schicht wird durch eine planare Lichtquelle beleuchtet und
die Beleuchtung wird durch ein planares "Lichtventil"
moduliert,
dem ein Lichtfeld folgt. Mit diesem Aufbau können
beliebige 2D-Verbindungs-Muster erzeugt werden.
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Aus der EP-A-0405974 ist eine holographisch betriebene
optische Vorrichtung bekannt. Insbesondere beschreibt diese
Referenz im Zusammenhang mit Fig. 2 ein Flüssigkristall-
Lichtventil, umfassend eine Flüssigkristallschicht, die durch
ein Paar transparenter Substrate 15a und 15b, die aus Glas
oder Plastik bestehen, in Sandwichform eingeschlossen ist.
Die Substrate 15a und 15b sind auf derselben mit
entsprechenden transparenten Elektrodenschichten 16a und 16b und
entsprechenden Ausrichtungsschichten 17a und 17b gebildet. Das
Paar der transparenten Substrate 15a und 15b ist unter
Bildung eines Spalts, der durch ein Abstandselement 23 so
gesteuert ist, daß die Ausrichtungsschichten 17a und 17b
einander gegenüberliegen, verbunden, um so den ferroelektrischen
Flüssigkristall 18 in Sandwichform einzuschließen. Weiter
sind eine Fotokontaktschicht 19, eine optische
Abschirmschicht 20 und ein dieelktrischer Spiegel 21 sequentiell auf
der transparenten Elektrodenschicht 16a einer optischen
Schreibseite zwischen der Elektrodenschicht und der
Ausrichtungsschicht 17a vorgesehen. Antireflexionsbeschichtungen 22a
und 22b sind auf den entsprechenden Außenflächen des
transparenten Schreibseitensubstrats 15a und des transparenten
Leseseitensubstrats 15b gebildet.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
verbessertes Datenverarbeitungssystem vom Typ eines neuronalen
Netzwerks zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch den
Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
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Ein Datenverarbeitungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
gibt einem Abschnitt zum Empfangen von Licht, der aus
Material mit einem photovoltaischen Effekt besteht, ein
Eingabesignal
eines zweidimensionalen Bildmusters, und versorgt einen
Teil eines Flüssigkristallfeldes durch einen Verstärker mit
der elektromotorischen Kraft, die in jedem Bereich des
Abschnitts zum Empfangen des Lichts bei Empfang des
Eingabesignals erzeugt wird. Es realisiert ein Neuron mit einer
Mehrzahl von Synapsen, welche eine Wichtung dadurch ändem
können, daß mehrere Gebiete mit einem Teil des Flüssigkristalls
in Entsprechung gebracht werden und daß jede Verstärkung
eines Verstärkers steuerbar gemacht wird. Der Verstärker ist
zwischen einem kleinen Gebiet und einem Teil des
Flüssigkristalls lokalisiert, wenigstens elektrisch zwischen diesen
lokalisiert. Die Ausgabe eines jeden Neurons kann im übrigen
herausgenommen werden, um beispielsweise das Licht, das einen
Teil des Flüssigkristallfeldes durchdringt, zu detektieren.
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Das Datenverarbeitungssystem der vorliegenden Erfindung macht
es möglich, viele Daten zu verarbeiten, da die Daten durch
zweidimensionale Bilddaten eingegeben und ausgegeben werden.
Es macht es auch möglich, sie mit einer hoher Geschwindigkeit
zu verarbeiten, da die Verarbeitung elektrisch ausgeführt
wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 zeigt den Abschnitt der Ausführungsform des
Datenverarbeitungssystems, der die vorliegende Erfindung betrifft.
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Fig. 2 stellt diagrammartig eine Schaltung dar, um die Art
und Weise zu zeigen, mit der elektrische Energie einem Teil
in der Ausführungsform in Fig. 1 zugeführt wird.
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Fig. 3 stellt diagrammartig eine Verstärkungsschaltung in der
Ausführungsform in Fig. 1 dar.
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Fig. 4 stellt diagrammartig einen änderbaren Widerstand in
der Verstärkerschaltung in Fig. 3 dar.
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Fig. 5 stellt diagrammartig eine Schaltung dar, die ein
neuronales Netzwerk mit einer Mehrzahl von Schichten zeigt, das
durch die Ausführungsform in Fig. 1 gebildet wird.
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"1" zeigt einen dünnen Film, "2" zeigt ein
Flüssigkristallfeld, "3" zeigt einen Verstärker, "P" zeigt einen Teil und
"RF" zeigt einen änderbaren Widerstand.
BEVORZUGTE AUSFUHRUNGSFORM DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Im folgenden wird eine Ausführungsform des
Datenverarbeitungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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In Fig. 1 umfaßt das Datenverareitungssystem einen dünnen
Film 1, der aus Material mit einem photovoltaischen Effekt,
beispielsweise aus a-SiH, besteht und ein Flüssigkristallfeld
2. Jeder Bereich des dünnen Films 1 ist mit einem Teil des
Flüssigkristallfelds 2 durch einen Verstärker 3 aus einem
dünnen Film verbunden.
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Wie in Fig. 2 gezeigt&sub1; hat der Flüssigkristallteil "P" eine
Entsprechung in mehreren Bereichen "R" in dem Dünnfilm 1. Die
elektromotorische Kraft in jedem Bereich wird durch eine
Verstärkerschaltung A verstärkt, und die verstärkte Spannung
wird integriert und auf dem Teil P eingeprägt.
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Nimmt man hier an, daß die i-te elektromotorische Kraft "Ei"
ist, die Verstärkung der Verstärkerschaltung, die dem Bereich
entspricht, "Gi" ist, und die Anzahl der Bereiche, die mit
einem Teil "P" verbunden ist, "n" ist, ist die Spannung "E",
die auf einen Teil eingeprägt wird, durch die untenstehende
Formel gegeben.
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Der Teil "P" erzeugt nicht die Änderung des Zustands, es sei
denn, eine elektromotorische Kraft, die gleich oder größer
als ein vorbestimmter Wert ist, wird eingeprägt. Bezeichnet
man die Existenz und Nichtexistenz der Anderung des Zustands
durch eine Variable "S" (wenn "S" 1 ist, existiert die
Änderung des Zustands, und wenn "S" 2 ist, existiert sie nicht)
und die normalisierte Funktion durch "f( )" kann gezeigt
werden, daß die Beziehung zwischen "S" und "f( )" wie
untenstehend ist.
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Diese Formel ist äquivalent zu der des McClloch- und Pitts-
Modells, welche die Wirkung eines Neurons betrifft. Sie
zeigt, daß ein Neuron durch die Schaltung in Fig. 2 gebildet
ist. Wie in Fig. 3 gezeigt, verbindet die Verstärkerschaltung
"A" den Berechnungsverstärker "Ai" mit dem Eingangswiderstand
"R" und dem Rückkopplungswiderstand "Rf". Eine Verstärkung
wird gemäß dem Verhältnis dieser Widerstände (Rf/R)
eingestellt. Der Rückkopplungswiderstand ist ein änderbarer
Widerstand, um die Verstärkung zu steuern. Der änderbare
Widerstand Rf und ein Register zum Einstellen des Widerstandswerts
(in dieser Figur nicht gezeigt) sind in dem Dünnfilm 4, der
dem Verstärker 3 anhaftet, vorgesehen. Der änderbare
Widerstand ist beispielsweise wie in Fig. 4 gebildet.
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In Fig. 4 umfaßt der änderbare Widerstand Rf eine Mehrzahl
von Widerständen "r", die parallel verbunden sind. Ein
Schalter "SW", der keinen Transistorkontakt oder dergleichen hat,
ist mit dem Widerstand verbunden. Die Anzahl der Schalter,
die in den Schaltern zu trennen sind, ist in dem Register
gespeichert. Die Anzahl von Schaltern entspricht der
Verstärkung in der Verstärkerschaltung
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Eine elektromotorische Kraft "Ei" wird auf die
Verstärkerschaltung "A" mit der Biasspannung "Eo" eingeprägt. Durch
Addieren des Bias von n x Eo zu dem integrierten Wert "E" wird
sicherlich ein Teil für das vorbestimmte Eingangssignal
angesteuert. Die Biasspannung Eo wird auf den Dünnfilm 1 und die
lichtdurchlässige Elektrode 5, die dem Flüssigkristallfeld 2
angehaftet ist, eingeprägt. Die Gesamtheit des
Datenverarbeitungssystems wird durch Bedecken der beiden Außenseiten
desselben geschützt.
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Eingabedaten werden dem Datenverarbeitungssystem als mehrere
Werte zweidimensionaler Bildmuster 1 eingegeben. Jeder
Bereich des Dünnfilms 1 erzeugt eine elektromotorische Kraft,
die diesem entspricht. Die elektromotorische Kraft wird nach
Verstärkungsmultiplikation integriert. Wenn der integrierte
Wert den Schwellwert 0 übersteigt, wird der entsprechende
Flüssigkristallteil angesteuert. Es ist möglich, ein großes
Volumen an Daten zu verarbeiten, da zweidimensionale
Bildmuster auf diese Weise Eingabedaten sein können. Der Zustand
eines jeden Flüssigkristallteils kann auf dieselbe Weise ein
zweidimensionales Bild sein. Das Licht eines leuchtenden
Objekts aus "EL" oder dergleichen tritt durch das
Flüssigkristallfeld hindurch und kann als Bild "Out", das durch das
hindurchgetretene Licht erzeugt wird, ausgegeben werden. Wenn
das ausgegebene Licht in dem folgenden Schritt, wie in Fig. 5
gezeigt, in ein Datenverarbeitungssystem eingegeben wird,
kann ein neuronales Netzwerk mit einer Mehrzahl von Schichten
gebildet werden.
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Wenn ein Feld aus ferroelektrischem Flüssigkristall als
Flüssigkristall verwendet wird, ist es möglich, den geänderten
Zustand ohne elektrische Energiezufuhr aufrechtzuerhalten,
was vorteilhaft ist. In diesem Fall ist eine Schaltung zum
Aufprägen eines Reverse-Bias erforderlich, um den geänderten
Zustand so in seinen Anfangszustand zurückzuführen.
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Wie oben erwähnt, ist es möglich, große Volumen an Daten
durch das Datenverarbeitungssystern gemäß der vorliegenden
Erfindung zu verarbeiten, da die Daten durch zweidimensionale
Bilddaten ein- und ausgegeben werden. Es ist außerdem
möglich, mit hoher Geschwindigkeit zu verarbeiten, da die
Verarbeitung elektrisch ausgeführt wird.