不依赖于单元位置的线性权重可更新的CMOS突触阵列的制作方法

不依赖于单元位置的线性权重可更新的cmos突触阵列


背景技术：
技术领域
1.本发明总体上涉及机器学习，并且更具体地涉及不依赖于单元位置的线性权重可更新的cmos突触阵列。
2.背景技术的描述
3.模拟乘法
‑
加法加速器由于其功率效率而获得了显著兴趣。正在开发不同突触元件，诸如pcm、rram、mram等等。模拟晶体管是突触元件的选项之一，因为其在三极管区域中的线性。然而，常规技术无意识地在突触阵列的近端和远端处生成不同的脉冲形状。然后，这导致跨单元阵列的不同权重更新特性。所以，需要一种用于归因于突触阵列中的单元位置的权重更新特性变化的解决方案。


技术实现要素：

4.根据本发明的一个方面，提供了一种神经形态电路。神经形态电路包括交叉开关突触阵列单元。所述交叉开关突触阵列单元包括互补金属氧化物半导体(cmos)晶体管，所述cmos晶体管的导通电阻由所述cmos晶体管的栅极电压控制，以更新所述交叉开关突触阵列单元的权重。所述神经形态电路还包括一组行线，所述一组行线分别将所述突触阵列单元与所述突触阵列单元的第一端的多个突触前神经元串联连接。神经形态电路还包括一组列线，所述一组列线分别将所述突触阵列单元与所述突触阵列单元的第二端的多个突触后神经元串联连接。通过执行电荷共享技术来控制所述cmos晶体管的所述栅极电压，所述电荷共享技术使用与所述一组行线和所述一组列线对齐的单元控制线上的不重叠脉冲来更新所述交叉开关突触阵列单元的所述权重。
5.根据本发明的另一方面，提供了一种神经形态芯片。神经形态芯片包括由交叉开关突触阵列单元形成的突触阵列。每个交叉开关突触阵列单元包括互补金属氧化物半导体(cmos)晶体管，该晶体管具有由cmos晶体管的栅极电压控制的导通电阻，以更新交叉开关突触阵列单元的每个权重。每个交叉开关突触阵列单元还包括一组行线，所述一组行线分别将所述突触阵列单元与所述突触阵列单元的第一端的多个突触前神经元串联连接。每个交叉开关突触阵列单元还包括一组列线，所述一组列线分别将所述突触阵列单元与所述突触阵列单元的第二端的多个突触后神经元串联连接。通过执行电荷共享技术来控制所述cmos晶体管的所述栅极电压，所述电荷共享技术使用与所述一组行线和所述一组列线对齐的单元控制线上的不重叠脉冲来更新所述交叉开关突触阵列单元的所述权重。
6.根据本发明的又一方面，提供了一种方法。该方法包括形成交叉开关突触阵列单元，所述交叉开关突触阵列单元包括互补金属氧化物半导体(cmos)晶体管，所述cmos晶体管具有由所述cmos晶体管的栅极电压控制的导通电阻，以更新所述交叉开关突触阵列单元的权重。该方法还包括形成一组行线，所述一组行线分别将所述突触阵列单元与所述突触阵列单元的第一端的多个突触前神经元串联连接。该方法还包括形成一组列线，所述一组
列线分别将所述突触阵列单元与所述突触阵列单元的第二端的多个突触后神经元串联连接。通过执行电荷共享技术来控制所述cmos晶体管的所述栅极电压，所述电荷共享技术使用与所述一组行线和所述一组列线对齐的单元控制线上的不重叠脉冲来更新所述交叉开关突触阵列单元的所述权重。
7.这些和其他特征和优点将从其说明性实施例的以下详细描述中变得显而易见，该详细描述将结合附图来阅读。
附图说明
8.以下描述将参考以下附图提供优选实施例的细节，其中：
9.图1是示出可以应用本发明的处理系统的框图；
10.图2是示出可以应用本发明的环境的框图；
11.图3是示出可以可以应用本发明的另一环境的框图；
12.图4是示出根据本发明的实施例的在突触阵列的近端和远端处的波形的图；
13.图5是示出根据本发明的实施例的神经形态单元电路的框图；
14.图6是示出与图5的电路相关的示例性时序的时序图；
15.图7是示出与图5的电路相关的另一时序的时序图；
16.图8是示出由图5的多个电路形成的神经形态阵列的框图；
17.图9是示出施加到图8的阵列的脉冲的时序图；
18.图10是示出了根据本发明的实施例的，用于没有单元位置依赖性的线性加权可更新的cmos突触阵列方法的流程图；
19.图11
‑
12是针对情况1
‑
pa的曲线图，其增加了晶体管t6的栅极电压，并使用了在500na具有0.8ns宽度的脉冲；
20.图13
‑
14是针对情况1
‑
pa的曲线图，其增加晶体管t6的栅极电压以及使用在250na具有1.6ns宽度的脉冲；
21.图15
‑
16是针对情况1
‑
pa的曲线图，其增加晶体管t6的栅极电压以及使用在125na具有3.2ns宽度的脉冲；
22.图17
‑
18是针对情况1
‑
pa的曲线图，其增加晶体管t6的栅极电压以及使用在62.5na具有6.4ns宽度的脉冲；
23.图19
‑
20是针对情况1
‑
pa的曲线图，其增加晶体管t6的栅极电压以及使用在31.25na处具有12.8ns宽度的脉冲；
24.图21
‑
22是针对情况1
‑
pa的曲线图，其增加晶体管t6的栅极电压以及使用在15.625na处具有25.6ns宽度的脉冲；
25.图23
‑
25是针对情况1
‑
pi的曲线图，其增加晶体管t6的栅极电压以及使用宽度为1.3ns的脉冲；
26.图26
‑
27是针对情况1
‑
pa的曲线图，其减小了晶体管t6的栅极电压，并且使用了在500na具有0.8ns宽度的脉冲；
27.图28
‑
29是针对情况1
‑
pa的曲线图，其减小晶体管t6的栅极电压以及使用在250na具有1.6ns宽度的脉冲；
28.图30
‑
31是针对情况1
‑
pa的曲线图，其减小晶体管t6的栅极电压以及使用在125na
具有3.2ns宽度的脉冲；
29.图32
‑
33是针对情况1
‑
pa的曲线图，其降低晶体管t6的栅极电压以及使用在62.5na具有6.4ns宽度的脉冲；
30.图34
‑
35是针对情况1
‑
pa的曲线图，其降低晶体管t6的栅极电压以及使用在31.25na处具有12.8ns宽度的脉冲；
31.图36
‑
37是针对情况1
‑
pa的曲线图，其降低晶体管t6的栅极电压以及使用在15.625na处具有25.6ns宽度的脉冲；
32.图38
‑
40是针对情况1
‑
pi的曲线图，其减小晶体管t6的栅极电压以及使用具有3.1ns宽度的脉冲；
33.图41是示出根据本发明的实施例的具有一个或多个云计算节点的云计算环境的框图，云消费者使用的本地计算设备与该一个或多个云计算节点进行通信；以及
34.图42是示出根据本发明的实施例的，由云计算环境提供的一组功能抽象层的框图。
具体实施方式
35.本发明涉及没有单元位置依赖性的线性权重可更新的cmos突触阵列。
36.在一个实施例中，电荷共享技术用于通过使用来自垂直和水平控制线的非重叠脉冲来进行权重更新。在一个实施例中，本发明涉及在突触单位单元中添加一个pfet和一个nfet，这实现了电荷共享技术并提供了最终的快速整体操作。
37.传统上，可以通过使用较宽的脉冲宽度来抑制近端和远端处的脉冲形状差异，其不希望地降低了操作速度。相反，本发明有利地提高了操作速度并在整个单元阵列上保持了几乎相同的权重更新特性。
38.此外，本发明不需要全局偏置电路及其分布。
39.而且，本发明易于实现，因为从电路设计的观点来看，维护在单元阵列上保持脉冲形状的非重叠脉冲相对容易。
40.在保持本发明的精神的前提下，给定本文提供的本发明的教导，本领域的普通技术人员可以容易地确定本发明的许多伴随优点中的这些和其他优点。
41.图1是示出可以应用本发明的示例性处理系统100的框图。处理系统100包括处理单元(例如，cpu)101的集合、gpu102的集合、存储器设备103的集合、通信设备104的集合和外围设备105的集合。cpu101可以是单核或多核cpu。gpu102可以是单核或多核gpu。一个或多个存储器装置103可以包括高速缓存、ram、rom和其他存储器(闪存、光学存储器、磁性存储器等)。通信设备104可包括无线和/或有线通信设备(例如，网络(例如，wifi等)适配器等)。外围设备105可以包括显示设备、用户输入设备、打印机、成像设备等。处理系统100的元件通过一个或多个总线或网络(共同地由附图参考数字110表示)连接。
42.当然，如本领域技术人员所容易设想的，处理系统100还可以包括其他元件(未示出)，以及省略某些元件。例如，如本领域普通技术人员容易理解的，不同其他输入设备和/或输出设备可被包括在处理系统100中，这取决于该处理系统100的特定实现。例如，可以使用不同类型的无线和/或有线输入和/或输出设备。此外，如本领域普通技术人员容易理解的，还可以利用不同配置中的附加处理器、控制器、存储器等。进一步，在另一实施例中，可
使用云配置(例如，参见图9
‑
10)。给定本文中提供的本发明的教示，所属领域的一般技术人员容易预期处理系统100的这些和其他变化。
43.此外，应了解的是，如以下关于与本发明相关的不同元件和步骤所描述的不同附图可以全部或部分地由系统100的元件中的一个或多个元件来实现。
44.现在将给出根据本发明的各种实施例的关于本发明可被应用到的两个示例性环境200和300的描述。下文分别关于图2和3描述环境200和300。更详细地，环境200包括可操作地耦合到受控系统的基于学习的预测系统，而环境300包括作为受控系统的一部分的基于学习的预测系统。此外，环境200和300中的任一个可以是基于云的环境的一部分(例如，参见图7和8)。考虑到在此提供的本发明的传授内容，在保持本发明的精神的同时，本领域技术人员可以容易地确定本发明可以应用到的这些和其他环境。
45.图2是示出可应用本发明的环境200的框图。
46.环境200包括基于学习的预测系统210和受控系统220。基于学习的预测系统210和受控系统220被配置成实现它们之间的通信。例如，可以使用收发器和/或其他类型的通信设备，包括无线、有线及其组合。在实施例中，基于学习的预测系统210与受控系统220之间的通信可以通过一个或多个网络(共同地由图参考数字230表示)来执行。通信可以包括但不限于来自受控系统220的多变量时间序列数据，以及来自基于学习的预测系统210的预测和动作启动控制信号。受控系统220可以是任何类型的基于处理器的系统，例如但不限于银行系统、访问系统、监视系统、制造系统(例如，装配线)、高级驱动辅助系统(adas)等。
47.受控系统220向基于学习的预测系统210提供数据(例如，多变量时间序列数据)，基于学习的预测系统210使用该数据来进行预测。
48.在一实施例中，为了作出预测，基于学习的预测系统210可使用如本文中所描述的神经元形态电路。
49.可以基于由基于学习的预测系统210生成的预测来控制受控系统220。例如，基于机器将在x个时间步长中发生故障的预测，可以在t＜x处执行对应的动作(例如，使机器断电、使机器安全措施能够防止受伤/等等)以便避免故障实际发生。作为另一个实例，基于入侵者的轨迹预测，被控制的监视系统可以锁定或解锁一个或多个门，以便将某人固定在某个地方(保持区域)和/或将它们引导到一个安全地方(安全室)和/或将它们限制在一个受限的地方等等。可以与门的锁定和/或解锁(或其他动作)一起提供言语(来自扬声器)或(在显示设备上)显示的指令，以便引导人。作为另一示例，可控制车辆(制动、转向、加速等)以响应于预测避免被预测的将在汽车道路上的障碍物。作为又一示例，可以将本发明结合到计算机系统中，以便预测即将发生的故障，并且在故障发生之前采取动作，诸如将很快发生故障的组件与另一组件切换、通过不同组件路由、通过不同组件处理等等。应了解，前述动作仅为说明性的，且因此，如所属领域的一般技术人员在给定本文中所提供的本发明的教示的情况下容易了解，同时维持本发明的精神，取决于实施例，还可执行其他动作。
50.在实施例中，基于学习的预测系统210可以被实现为云计算安排中的节点。在实施例中，单个基于学习的预测系统210可以被分配给单个受控系统或多个受控系统，例如，组装线中的不同机器人等等。给定本文所提供的本发明的教导，同时保持本发明的精神，环境200的元件的这些和其他配置容易由本领域普通技术人员确定。
51.图3是示出根据本发明的实施方式的可应用本发明的另一示例性环境300的框图。
52.环境300包括受控系统320，该受控系统进而包括基于学习的预测系统310。一个或多个通信总线和/或其他设备可以用于促进系统间以及系统内通信。受控系统320可以是任何类型的基于处理器的系统，例如但不限于银行系统、访问系统、监视系统、制造系统(例如，装配线)、高级驱动辅助系统(adas)等。
53.除了系统310被包括在系统320中之外，环境200和300中的这些元件的操作是类似的。因此，为了简洁起见，元件310和320没有相对于图3进一步详细描述，读者分别针对元素210和220相对于图2的环境200的描述，给出这些元素在两个环境200和300中的共同功能。
54.图4是示出根据本发明的实施方式的在突触阵列410的近端411和远端412处的示例性波形400的示图。
55.波形400在远端412处与突触阵列410的近端411相比在形状上变化。本发明着手解决和克服了这种不希望的形状变化。
56.图5是示出根据本发明的实施方式的神经形态单元电路500的框图。图6是示出与图5的电路500相关的时序600的时序图。图7是示出与图5的电路500相关的另一时序700的时序图。
57.参考图5，电路500包括两个p型金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)，即t1和t2。
58.电路500还包括两个n型mosfet，即t3和t4。
59.电路500还包括cmos晶体管t6。
60.电路500另外包括三个电容器，即c1、c2和c3。在一个实施例中，电容器c1和c2可以是mosfet寄生电容。在另一个实施例中，电容器c1和c2可以是“有意的”cmos电容器。
61.由栅极电压t6控制的导通电阻用于更新交叉开关突触阵列单元的每个权重。
62.一组行线分别将将该突触阵列单元串联连接至在其第一端的多个突触前神经元。
63.一组列线分别将突触阵列单元串联连接至在其第二端的多个突触后神经元。
64.通过执行电荷共享技术来更新cmos晶体管t6的栅极电压，该电荷共享技术通过使用非重叠脉冲来更新权重。特别地，电荷共享技术是逐行执行的，从而使用不重叠的脉冲以递增和递减的方式线性地更新栅极电压，以便使用不同的时钟和电容器的组合来切换垂直和水平控制线。
65.通过使用两种类型的电荷共享来更新t6的栅极电压。图6示出了用于更新t6的栅极电压的一种电荷共享(递增)，而图7示出了用于更新t6的栅极电压的另一种电荷共享(递减)。
66.参考图6，通过使用c1和c3更新t6的栅极电压，以使wclk_i和wud_i不重叠。即，晶体管t1的时钟的增量线(wclk_i)和瞬态t2的更新线(wud_i)。
67.参考图7，通过使用c2和c3更新t6的栅极电压，使得wclk_d和wud_d不重叠。即，用于晶体管t4的时钟的递减线(wclk_d)和用于晶体管t3的更新线(wud_d)。
68.因此，具有一个或多个神经形态单元500的神经形态芯片执行电荷共享技术，以使(i)使用时钟的非重叠脉冲切换时钟的增量线(wclk_i)和增量更新(wud_i)，与并且以增量方式执行更新，并且(ii)使用时钟的非重叠脉冲切换时钟的减量线(wclk_d)和减量更新(wud_d)并且以递减的方式更新。
69.图8是示出根据本发明的实施例的，由图5的多个神经形态单元电路500形成的神
经形态阵列800的框图。图9是示出施加到图8的阵列800的脉冲900的时序图。如图5所示，阵列800由多个神经形态单元形成，其中应用电荷共享技术使得权重更新使用逐行访问方案。
70.图10是流程图，示出了根据本发明实施例的，用于没有单元位置依赖性的线性权重可更新的cmos突触阵列的方法1000。
71.在框1010处，形成交叉开关突触阵列单元，该交叉开关突触阵列单元包括cmos晶体管，该cmos晶体管具有由cmos晶体管的栅极电压控制的导通电阻，以更新交叉开关突触阵列单元的权重。
72.在框1020处，形成一组行线，该组行线分别将突触阵列单元串联连接至在其第一端的多个突触前神经元。
73.在框1030处，形成一组列线，该组列线分别将突触阵列单元串联连接至在其第二端的多个突触后神经元。
74.在框1040，通过执行电荷共享技术来控制cmos晶体管的栅极电压，该电荷共享技术使用在与该组行线和该组列线对齐的单元控制线上的非重叠脉冲来更新交叉开关突触阵列单元的权重。
75.在一个实施例中，框1040包括框1040a和1040b中的一个或多个。
76.在框1040a，执行电荷共享技术，以使使用非重叠脉冲来切换更新增量线和时钟增量线，从而以增量方式进行更新。
77.在框1040b中，执行电荷共享技术，以使用非重叠脉冲来切换更新减量线和时钟减量线，以减量方式执行更新。
78.应当理解，根据本发明的教导，可以使用任何已知的制造技术来形成神经形态电路和/或芯片。因此，为了简洁起见，这里不再赘述。
79.应当理解，本发明可以被包括为预测系统的一部分。预测系统又可以是另一个系统(例如，adas)的一部分。而且，预测系统的至少一部分可以使用云配置来实现，如在下文中更详细地描述的。
80.图11
‑
40是示出针对涉及128个单元负荷的情况(在下文中可互换地称为“情况1”)获得的示例性实验结果的曲线图。一些曲线图显示了现有技术的实验结果(情况1
‑
pa)，而另一些曲线图显示了根据本发明的实验结果(情况1
‑
pi)。现有技术的实验结果涉及由3t1c单元形成的存储单元的使用。
81.特别地，图11
‑
25涉及增加晶体管t6的栅极电压，图26
‑
40涉及减小晶体管t6的栅极电压，所有情况都涉及128个单元负载。各种脉冲宽度和电流如下所述。
82.这里要注意的关键是，如果我们使用较短的脉冲，则近端和远端上的权重更新特性的差异是显着的。可以通过在现有技术中使用更宽的脉冲来减轻这种情况。但是，pa情况至少需要大约25.6ns的脉冲宽度，以便将差异最小化，如图21
‑
22所示。相反，使用本发明，可以通过使用如图23
‑
25所示的3.2ns的脉冲宽度来实现。因此，本发明能够实现比现有技术(pa)情况下更快的操作。在较大的阵列中，这种改进更为突出。图26
‑
40显示了递减情况的类似结果。
83.参照图11
‑
12(分别为曲线图1100和1200)，其针对情况1
‑
pa以及使用在500na具有0.8ns宽度的脉冲。
84.参照图13
‑
14(分别为曲线图1300和1400)，其针对情况1
‑
pa以及使用在250na具有
1.6ns宽度的脉冲。
85.参照图15
‑
16(分别为曲线图1500和1600)，其针对情况1
‑
pa以及使用在125na具有3.2ns宽度的脉冲。
86.参照图17
‑
18(分别为图曲线1700和1800)，其针对情况1
‑
pa以及使用在62.5na具有6.4ns宽度的脉冲。
87.参照图19
‑
20(分别为曲线图1900和2000)，其针对情况1
‑
pa以及使用在31.25na处具有12.8ns宽度的脉冲。
88.参照图21
‑
22(分别为曲线图2100和图2200)，其针对情况1
‑
pa以及使用在15.625na处具有25.6ns宽度的脉冲。
89.参照图23
‑
25(分别为曲线图2300、2400和2500)，其针对情况1
‑
pi以及使用具有3.7ns宽度的脉冲。
90.参照图26
‑
27(分别为曲线图2600和图2700)，其针对情况1
‑
pa以及使用在500na具有0.8ns宽度的脉冲。
91.参照图28
‑
29(分别为曲线图2800和图2900)，其针对情况1
‑
pa以及使用在250na具有1.6ns宽度的脉冲。
92.参照图30
‑
31(分别为曲线图3000和3100)，其针对情况1
‑
pa以及使用在125na具有3.2ns宽度的脉冲。
93.参照图32
‑
33(分别为曲线图3200和3300)，针对情况1
‑
pa和使用在62.5na处具有6.4ns宽度的脉冲。
94.参照图34
‑
35(分别为曲线图3400和图3500)，其针对情况1
‑
pa以及使用在31.25na处具有12.8ns宽度的脉冲。
95.参照图36
‑
37(分别为曲线图3600和3700)，其针对情况1
‑
pa以及使用在15.625na处具有25.6ns宽度的脉冲。
96.参照图38
‑
40(分别为曲线图3800、3900和4000)分别针对情况1
‑
pi和使用5.8ns宽度的脉冲。
97.应当理解，尽管本公开包括关于云计算的详细描述，但是本文列举的教导的实施方式不限于云计算环境。而是，本发明的实施例能够与现在已知或以后开发的任何其他类型的计算环境结合实现。
98.云计算是一种服务交付模式，用于对共享的可配置计算资源池进行方便、按需的网络访问。可配置计算资源是能够以最小的管理成本或与服务提供者进行最少的交互就能快速部署和释放的资源，例如可以是网络、网络带宽、服务器、处理、内存、存储、应用、虚拟机和服务。这种云模式可以包括至少五个特征、至少三个服务模型和至少四个部署模型。
99.特征包括：
100.按需自助式服务：云的消费者在无需与服务提供者进行人为交互的情况下能够单方面自动地按需部署诸如服务器时间和网络存储等的计算能力。
101.广泛的网络接入：计算能力可以通过标准机制在网络上获取，这种标准机制促进了通过不同种类的瘦客户机平台或厚客户机平台(例如移动电话、膝上型电脑、个人数字助理pda)对云的使用。
102.资源池：提供者的计算资源被归入资源池并通过多租户(multi
‑
tenant)模式服务
于多重消费者，其中按需将不同的实体资源和虚拟资源动态地分配和再分配。一般情况下，消费者不能控制或甚至并不知晓所提供的资源的确切位置，但可以在较高抽象程度上指定位置(例如国家、州或数据中心)，因此具有位置无关性。
103.迅速弹性：能够迅速、有弹性地(有时是自动地)部署计算能力，以实现快速扩展，并且能迅速释放来快速缩小。在消费者看来，用于部署的可用计算能力往往显得是无限的，并能在任意时候都能获取任意数量的计算能力。
104.可测量的服务：云系统通过利用适于服务类型(例如存储、处理、带宽和活跃用户帐号)的某种抽象程度的计量能力，自动地控制和优化资源效用。可以监测、控制和报告资源使用情况，为服务提供者和消费者双方提供透明度。
105.服务模型如下：
106.软件即服务(saas)：向消费者提供的能力是使用提供者在云基础架构上运行的应用。可以通过诸如网络浏览器的瘦客户机接口(例如基于网络的电子邮件)从各种客户机设备访问应用。除了有限的特定于用户的应用配置设置外，消费者既不管理也不控制包括网络、服务器、操作系统、存储、乃至单个应用能力等的底层云基础架构。
107.平台即服务(paas)：向消费者提供的能力是在云基础架构上部署消费者创建或获得的应用，这些应用利用提供者支持的程序设计语言和工具创建。消费者既不管理也不控制包括网络、服务器、操作系统或存储的底层云基础架构，但对其部署的应用具有控制权，对应用托管环境配置可能也具有控制权。
108.基础架构即服务(iaas)：向消费者提供的能力是消费者能够在其中部署并运行包括操作系统和应用的任意软件的处理、存储、网络和其他基础计算资源。消费者既不管理也不控制底层的云基础架构，但是对操作系统、存储和其部署的应用具有控制权，对选择的网络组件(例如主机防火墙)可能具有有限的控制权。
109.部署模型如下：
110.私有云：云基础架构单独为某个组织运行。云基础架构可以由该组织或第三方管理并且可以存在于该组织内部或外部。
111.共同体云：云基础架构被若干组织共享并支持有共同利害关系(例如任务使命、安全要求、政策和合规考虑)的特定共同体。共同体云可以由共同体内的多个组织或第三方管理并且可以存在于该共同体内部或外部。
112.公共云：云基础架构向公众或大型产业群提供并由出售云服务的组织拥有。
113.混合云：云基础架构由两个或更多部署模型的云(私有云、共同体云或公共云)组成，这些云依然是独特的实体，但是通过使数据和应用能够移植的标准化技术或私有技术(例如用于云之间的负载平衡的云突发流量分担技术)绑定在一起。
114.云计算环境是面向服务的，特点集中在无状态性、低耦合性、模块性和语意的互操作性。云计算的核心是包含互连节点网络的基础架构。
115.现在参考图41，描绘了说明性的云计算环境4150。如图所示，云计算环境4150包括云计算消费者使用的本地计算设备可以与其相通信的一个或者多个云计算节点4110，例如个人数字助理(pda)或蜂窝电话4154a、台式计算机4154b，膝上型计算机4154c、汽车计算机系统4154n和/或汽车计算机系统4154n。节点4110可以彼此通信。可以在包括但不限于如上所述的私有云、共同体云、公共云或混合云或者它们的组合的一个或者多个网络中将云计
算节点4110进行物理或虚拟分组(图中未显示)。这样，云的消费者无需在本地计算设备上维护资源就能请求云计算环境4150提供的基础架构即服务(iaas)、平台即服务(paas)和/或软件即服务(saas)。应当理解，图41显示的各类计算设备4154a
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n仅仅是示意性的，云计算节点4110以及云计算环境4150可以与任意类型网络上和/或网络可寻址连接的任意类型的计算设备(例如使用网络浏览器)通信。
116.现在参考图42，示出了由云计算环境4150(图41)提供的一组功能抽象层。首先应当理解，图42所示的组件、层以及功能都仅仅是示意性的，本发明的实施例不限于此。如所示，提供下列层和对应功能：
117.硬件和软件层4260包括硬件和软件组件。硬件组件的示例包括：大型机4261；基于risc(精简指令集计算机)体系结构的服务器4262；服务器4263；刀片服务器4264；存储设备4265；在一些实施例中，软件组件包括网络应用服务器软件4267和数据库软件4268。
118.虚拟化层4270提供抽象层，从该抽象层可以提供以下虚拟实体的示例：虚拟服务器4271；虚拟存储4272；虚拟网络4273(包括虚拟专用网络)；虚拟应用程序和操作系统4274；和虚拟客户端4275。
119.在一个示例中，管理层4280可提供以下描述的功能：资源供应功能4281：提供用于在云计算环境中执行任务的计算资源和其它资源的动态获取。计量和定价功能4282：在云计算环境内对资源的使用进行成本跟踪，并为此提供帐单和发票。在一个例子中，该资源可以包括应用软件许可。安全功能：为云的消费者和任务提供身份认证，为数据和其它资源提供保护。用户门户功能4283：为消费者和系统管理员提供对云计算环境的访问。服务水平管理功能4284：提供云计算资源的分配和管理，以满足必需的服务水平。服务水平协议(sla)计划和履行功能4285：为根据sla预测的对云计算资源未来需求提供预先安排和供应。
120.工作负载层4290提供云计算环境可能实现的功能的示例。在该层中，可提供的工作负载或功能的示例包括：地图绘制与导航4291；软件开发及生命周期管理4292；虚拟教室的教学提供4293；数据分析处理4294；交易处理4295；以及不受单元位置的依赖线的性加权可更新cmos突触阵列4296。
121.在任何可能的技术细节结合层面，本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。
122.计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd
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rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
123.这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/
处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
124.用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、集成电路配置数据或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如smalltalk、c 等，以及过程式编程语言—诸如“c”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。
125.这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
126.这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
127.也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
128.附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
129.在说明书中对本发明的“一个实施例”或“实施例”以及其其他变型的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构、特性等被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”以及任何其他变型不一定都指的是同一实施例。
130.应了解，使用以下“/”、“和/或”以及“至少一个”中的任一者，例如，在“a/b”、“a和/或b”和“a和b中的至少一个”的情况下，旨在涵盖仅第一个列出的选项(a)的选择或仅第二个列出的选项(b)的选择，或者两个选项(a和b)的选择。作为另一个实例，在“a、b和/或c”和“a、b和c中的至少一个”的情况下，这种措辞旨在仅涵盖对第一列出的选项(a)的选择，或仅选择第二列出的选项(b)，或仅选择第三列出的选项(c)，或仅选择第一和第二列出的选项(a和b)，或仅选择第一和第三列出的选项(a和c)，或仅选择第二和第三列出的选项(b和c)，或者选择所有三个选项(a和b和c)。如本领域普通技术人员容易清楚的，对于列出的许多项目，这可以被扩展。
131.已经描述了系统和方法的优选实施例(其意图是示例性的而非限制性的)，应注意，本领域技术人员可以根据以上教导进行修改和变型。因此，应当理解，可以在所公开的特定实施例中进行改变，这些改变在由所附权利要求概述的本发明的范围内。至此已经描述了本发明的各方面，并具有专利法所要求的细节和特殊性，在所附权利要求中提出了由专利证书所要求保护的内容。