0Weight

table

ID 0 ID 1 ID 2

図機能シフト法のによる結合重みの獲得例

表機能シフト法で使用される変数図の例

いうことになる．物理^1>は最上位ニューロンから順に⁽ である．また，⁽のニューロンが故障しているものとすると，各ニューロンの状態フラグは ⁽のニューロンのみである⁽ ．このとき，故障数は⁽のニューロンのみとなり⁽，それ以外のニューロンの故障数はとなる．

故障フラグと論理^1>から，実行に使用されるニューロンは⁽ のニューロンとなる．これらのニューロンには^?^<@から対応する結合重みが割り当てられる．⁽の故障ニューロンには結合重みとしてが割り当てられる．表に図の例の各ニューロンの物理^1>，状態フラグ，故障数，更新後の論理^1>を示す．

故障補償能力を持つ階層型ニューラルネットワークの設計とその評価

図に示したバス結合型をもとに，機能シフト法による故障補償が可能な階層型の回路設計を行った．設計した回路の構成を図に示す．図中の

は機能シフト法による故障補償を実現するための制御回路であり，の実行を開始する前に中間層と出力層の故障数の計算や，論理^1>の更新，各ニューロンへの結合重みの割り当て制御等を行う．入力層・中間層間に配置した入力選択回路は入力データを順番に中間層のニューロンへ送る．とは異なり，中間層・出力層間に配置した入力選択回路

では中間層に存在する故障ニューロンの出力を取り除くための制御も行っている．これらの入力選択回路により，ニューロンの出力は一つずつ次層のニューロンに送られるので，入力層の出力階層型回路への入力データと中間層の出力を一度レジスタに格納し，順番に次層へ送るものとした．この階層型回路には学習機能が含まれないため，外部のコンピュータ上で重み学習のためのプログラムを実行し，その結果得られた値を結合重みとして使用する．得られた結合重みは^?^<@として予め回路に与えておく．また，この回路は故障検出回路も実装していないため，ニューロンの状態を表す状態フラグも変数として予め回路に与えておく．

Input data Output data Weight Table Weight

Controller

Variable Controller

reg reg

Selector A Selector B

Middle layer’s neurons

Output layer’s neurons

図故障補償能力を持つ階層型の回路構成

表故障補償有⁺無の回路構成

故障補償機能なし回路故障補償機能付き回路

ニューロンニューロン

入力層・中間層セレクタ入力層・中間層セレクタ中間層・出力層セレクタ中間層・出力層セレクタ

? <@ ? <@

B 機能シフト制御回路

重み獲得回路重み獲得回路

レジスタレジスタ

バス結合型回路に機能シフト法による故障補償能力を追加することによるハードウェア・オーバーヘッドを評価するため，故障補償機能付き階層型と故障補償機能なし階層型の回路規模を比較する．設計した回路は^/<9'社の回路合成ツールである"&8%- 11を用いて^$%上にマッピングし，その回路規模を見積もった．比較する種類の回路構成を表にまとめる．大きな違いは，故障補償機能付き回路に機能シフト制御回路と機能シフト法で用いる変数を保持するためのレジスタが追加されている点である．また，故障補償機能付き回路の中間層・出力層間の入力選択回路は中間層に存在する故障ニューロンの出力を削除する機能を有する．故障補償機能なし回路では，中間層・出力層間の入力選択回路は入力層・中間層間の入力選択回路と同じ構成となっている．

さらに，重み獲得回路には，故障ニューロンに結合重みとしてすべての値を割り当てる機能を追加した．故障補償機能なし回路の重み獲得回路では，^?

<@に格納されている結合重みを順番に各ニューロンに割り当てるだけである．

ニューロンの回路構成とネットワークアーキテクチャは故障補償の有無に関わらず等しく，ニューロンは図に示した回路を使用し，ネットワークアーキテクチャは図に示したバス型接続である．

図に設計したつの階層型回路の回路規模を示す．縦軸は回路規模ゲート数を表し，横軸はネットワークサイズを表す．結合重みはビットとした．機能シフト法に必要な回路の回路規模のみを評価するために，故障補償機能付き

0 10 20 30 40

(4,4,4) (8,8,8) (16,16,16) (32,32,32) NN without function shifting

NN with function shifting

Network size

Number of gates (Kgates)

4.12 4.22

7.72 8.72

14.82

19.96

28.82

35.14

図階層型の回路規模

回路のネットワークサイズは予備ニューロンも含んだサイズとした．つまり，ここで示した故障補償機能付き回路は縮退型であり，中間層，出力層で使用できるニューロン数が予備ニューロンの分だけ少なくなる．を実装した場合，故障補償機能なし回路は最大での実行が可能であるのに対し，故障補償機能付き回路ではの実行が可能であり，

故障補償機能の有無で実行に使用できるニューロン数が異なることになる．

図より，故障補償機能付き回路の回路量は故障補償機能なし回路に比べ，約 ^Cから^Cの増加がみられる．両方の回路に含まれるニューロン数は等しいので，この回路量の増加は機能シフト法のための追加回路によるものと考えられる．表に，，，の場合の故障補償の有無による入力選択回路と機能シフト制御回路の回路規模を示す．故障補償機能付き回路の中間層・出力層間の入力選択回路には論理^1>と状態フラグ，故障数が制御用の信号として入力され，故障ニューロンの出力を取り除くた

表セレクタと機能シフト法制御回路の回路規模

,-)) ))

$<なし ^$<あり ^$<なし ^$<あり

入力層・中間層セレクタ

中間層・出力層セレクタ

機能シフト制御回路 ^B ^B

)) ) )