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메모리와 캐패시터가 결합된 memcapacitive 소자를 사이에 두고 복수 개의 워드 라인과 복수 개의 비트 라인이 서로 교차하며 배치된 시냅스 어레이;상기 시냅스 어레이의 출력측에 구비된 Output Neuron;상기 시냅스 어레이의 입력측에 구비된 WL Decoder; 및상기 Output Neuron의 출력측에 구비된 Output Controller를 포함하되,상기 시냅스 어레이는 상기 복수 개의 워드 라인 중 선택된 2개의 워드 라인과 상기 복수 개의 비트 라인 중 VSL(voltage summed line)으로 선택된 1개의 비트 라인 사이에 배치된 2개의 memcapacitive 소자로 하나의 시냅스 소자를 구성하도록 형성되고,상기 WL Decoder는 상기 선택된 2개의 워드 라인에 반전된 2개의 전압 변위()가 각각 더해져 인가되도록 구비되고,상기 시냅스 소자는 상기 2개의 memcapacitive 소자의 용량성 결합을 통하여 양과 음의 가중치로 상기 VSL의 전압에 영향을 주도록 구비되고,상기 Output Neuron은 발화용 커패시터()를 포함하는 뉴런 회로를 가지고 상기 VSL의 전압으로 상기 발화용 커패시터를 방전시켜 출력 신호가 생성되도록 구비된 것을 특징으로 하는 용량성 커플링 기반의 인공 신경망 시스템
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제 1 항에 있어서,상기 WL Decoder는 외부 자극이 입력되는 동안 상기 2개의 전압 변위가 각각 더해진 상승 전압과 하강 전압을 생성하여 상기 선택된 2개의 워드 라인에 입력 신호로 동시에 인가하고, 상기 외부 자극의 강도는 상기 2개의 전압 변위의 각 펄스 유지시간(duration)을 조절하여 상기 입력 신호의 세기(intensity)로 반영한 것을 특징으로 하는 용량성 커플링 기반의 인공 신경망 시스템
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제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 Output Neuron은 상기 VSL와 상기 Output Controller 사이에 배치되어 상기 VSL에 상기 Output Controller로부터 제어 전압을 공급하거나 차단하는 SST(string select transistor)를 더 포함하고,상기 뉴런 회로는 상기 VSL에 연결되어 상기 제어 전압에 상기 시냅스 소자의 가중치로 계산된 입력 전압이 더해져서 상기 VSL의 전압이 되도록 구비된 것을 특징으로 하는 용량성 커플링 기반의 인공 신경망 시스템
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제 3 항에 있어서,상기 뉴런 회로는 상기 VSL의 전압이 게이트로 입력되어 상기 발화용 커패시터를 방전시키는 적분기(integrator)와 상기 적분기의 출력 전압을 입력받아 상기 출력 신호를 내는 펄스 생성기(pulse generator)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 용량성 커플링 기반의 인공 신경망 시스템
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제 4 항에 있어서,상기 적분기는 동작전압 공급선과 출력단 사이에 상기 발화용 커패시터와 병렬로 연결된 충전용 트랜지스터;상기 출력단과 접지 사이에 직렬로 연결된 동작 제어용 트랜지스터와 자극 수신용 트랜지스터; 및상기 출력단과 접지를 연결하는 리셋용 트랜지스터를 포함하여 구성되고,상기 자극 수신용 트랜지스터의 게이트는 상기 VSL에 연결되고,상기 출력단은 제어선을 통해 상기 펄스 생성기에 연결된 것을 특징으로 하는 용량성 커플링 기반의 인공 신경망 시스템
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제 3 항에 있어서,상기 memcapacitive 소자는 반도체 바디 상에 제 1 유전체층, 전하 트랩층 및 제 2 유전체층으로 순차 형성되고, 상기 제 2 유전체층 상에 적층된 상기 복수 개의 워드 라인 중 하나와 체결된 것을 특징으로 하는 용량성 커플링 기반의 인공 신경망 시스템
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제 6 항에 있어서,상기 반도체 바디에는 상기 제 1 유전체층의 양 측에 소스 및 드레인이 더 형성되거나 상기 반도체 바디 밑으로 상기 반도체 바디보다 고농도로 도핑된 제2의 도핑층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 용량성 커플링 기반의 인공 신경망 시스템
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제 3 항에 있어서,상기 Output Neuron의 출력측과 상기 Output Controller 사이에는 제2의 시냅스 어레이와 제2의 Output Neuron이 각각 하나 이상 더 연결되고,상기 Output Neuron의 출력측 또는 상기 제2의 Output Neuron의 출력측에는 Pulse Converter가 더 구비되어, 상기 Pulse Converter를 통하여 변환된 입력 신호가 상기 제2의 시냅스 어레이로 인가되는 것을 특징으로 하는 용량성 커플링 기반의 인공 신경망 시스템
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제 5 항에 의한 용량성 커플링 기반의 인공 신경망 시스템을 동작하는 방법에 있어서,상기 인공 신경망 시스템의 추론 연산은 시간상 초기화(initialization), 적분(integration) 및 평가(evaluation)로 구분되는 3단계로 수행되는 것을 특징으로 하는 용량성 커플링 기반의 인공 신경망 시스템의 동작 방법
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제 9 항에 있어서,상기 초기화 단계는 동안 상기 SST의 SSL(string select line)에 SST 턴온(turn-on) 전압을 인가하고, 선택된 string의 비트 라인에 소정의 전압이 인가되어 상기 VSL은 프리차지되고, 상기 충전용 트랜지스터의 게이트에는 턴온 전압이 인가되어 상기 발화용 커패시터를 상기 동작전압()으로 충전하고,상기 적분 단계는 상기 초기화 단계 완료 후 동안 상기 WL Decoder를 통하여 상기 시냅스 어레이의 각 선택된 2개의 워드 라인에 상승 전압()과 하강 전압()이 동시에 인가되어 상기 시냅스 소자의 가중치에 의한 벡터-행렬 곱 연산 수행 결과로 얻어진 입력 전압이 상기 프리차지에 더하여 상기 선택된 string의 VSL 전압이 결정되고, 상기 동작 제어용 트랜지스터의 게이트에 턴온 전압으로 EN 신호가 인가된 상태에서 상기 VSL 전압으로 자극 수신용 트랜지스터를 턴온시키며 상기 발화용 커패시터를 방전시키고,상기 평가 단계는 상기 적분 단계 완료 후 동안 상기 리셋용 트랜지스터의 게이트에 턴온 전압으로 RESET 신호가 입력되어 상기 발화용 커패시터를 균일한 속도로 방전시키고,상기 적분 단계 또는 상기 평가 단계에서 상기 출력단의 전압이 떨어지면서 상기 발화용 커패시터의 양단 전위차가 이상이 될 경우(는 펄스 생성기의 문턱 전압), 상기 펄스 생성기에서 상기 출력 신호를 내보내는 것을 특징으로 하는 용량성 커플링 기반의 인공 신경망 시스템의 동작 방법
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