[發明專利]可擴展的定點數矩陣乘加運算的存內計算設備和方法

有效

• 申請號: 201910734087.8
• 申請日: 2019-08-09
• 公開（公告）號: CN110427171B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 解玉鳳;閆石林;王渝;胡顯武;馮佳韻;吳丹青
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G06F7/544
• 分類號: G06F7/544
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

1.一種可擴展的定點數矩陣乘加運算的存內計算設備，其特征在于，包括：

數據調度模塊，用于將輸入的多比特定點數矩陣轉換為多個單比特脈沖信號；

運算陣列，由M行N列的存儲單元構成；

列譯碼器；

輔助運算模塊，至少包括低比特模數轉換模塊、移位加法模塊以及數字減法器；以及

控制模塊，存儲有配置信息，用于根據所述配置信息向所述數據調度模塊、所述列譯碼器以及所述輔助運算模塊發送配置信號從而適應不同位寬的數據運算，

其中，所述配置信息包括并行度以及數據位寬，

所述控制模塊根據所述并行度向所述數據調度模塊發送并行度信號，所述數據調度模塊根據所述并行度信號決定所述運算陣列的有效行數并根據該有效行數將所述單比特脈沖信號按照時序發送至所述運算陣列的字線作為行選信號，

所述控制模塊根據所述數據位寬向所述列譯碼器發送權重位寬信號以及列地址信號，所述列譯碼器根據所述權重位寬信號以及所述列地址信號輸出列選信號，

所述運算陣列根據所述存儲單元存儲的權重數據以及所述行選信號在位線上產生相應的模擬運算電流，

所述輔助運算模塊根據所述列選信號將所述運算陣列中相應位線的電流讀入所述低比特模數轉換模塊，

所述低比特模數轉換模塊將所述模擬運算電流轉換為數字信號并輸出給所述移位加法模塊，

所述移位加法模塊對所述數字信號進行移位以及累加操作形成正負權重的累加結果，

所述數字減法器將所述累加結果進行相減從而形成最終結果。

2.根據權利要求1所述的可擴展的定點數矩陣乘加運算的存內計算設備，其特征在于：

其中，所述存儲單元為二元存儲單元，

在所述控制模塊根據數據位寬向所述列譯碼器發送權重位寬信號以及列地址信號時，所述列譯碼器根據所述權重位寬信號以及所述列地址信號輸出列選信號給所述運算陣列。

3.根據權利要求2所述的可擴展的定點數矩陣乘加運算的存內計算設備，其特征在于：

其中，所述運算陣列同時存儲正定點數以及負定點數，

所述運算陣列的偶數列存儲的無符號定點數表示正定點數，奇數列的無符號定點數表示負定點數，

所述運算陣列的相鄰兩列共用一個電源并獲取運算電流，

每列所述二元存儲單元具有單獨的位線，用于匯總該列所有所述二元存儲單元的總電流。

4.根據權利要求3所述的可擴展的定點數矩陣乘加運算的存內計算設備，其特征在于：

其中，所述移位加法模塊對所述數字信號進行移位以及累加操作時，相鄰多個所述偶數列所對應的所述數字信號被移位累加形成一個正權重的累加結果，相鄰多個所述奇數列所對應的所述數字信號被移位累加形成一個負權重的累加結果，

所述數字減法器在將所述累加結果進行相減時，將所述正權重的累加結果減去負權重的累加結果從而形成所述最終結果。

5.根據權利要求1所述的可擴展的定點數矩陣乘加運算的存內計算設備，其特征在于：

其中，所述低比特模數轉換模塊由相互獨立的多個模數轉換器構成，所述移位加法模塊包括移位器、累加器以及寄存器，

所述模數轉換器將所述運算陣列輸出的模擬運算電流轉換為數字信號，

所述移位器對所述模數轉換器的數字信號進行移位并將移位數據輸出給所述累加器，

所述累加器對所述移位數據進行累加并在累加完成后將所述累加結果發送至所述數字減法器，

所述累加器的中間結果暫存在所述寄存器中。

6.根據權利要求5所述的可擴展的定點數矩陣乘加運算的存內計算設備，其特征在于：

其中，所述輔助運算模塊還包括輔助控制器，

當所述多比特輸入數據陣列的位寬增大時，所述控制模塊根據所述數據位寬產生相應的位寬信號給所述輔助運算模塊，所述輔助控制器根據所述位寬信號調整所述移位器以及所述累加器的工作周期。