[發明專利]二維卷積實現方法及裝置

在審

• 申請號: 202010011113.7
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111199274A
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 鄢貴海;盧文巖
• 申請（專利權）人: 中科馭數（北京）科技有限公司
• 主分類號: G06N3/04
• 分類號: G06N3/04;G06N3/063
• 代理公司: 北京金咨知識產權代理有限公司 11612
• 代理人: 宋教花

本發明提供一種二維卷積實現方法及裝置，該方法包括：二維輸入數據一維化，將二維輸入數據按照一設定維度展開成一維數據；卷積核分解，根據所述二維輸入數據的展開方式，將二維卷積核分解為獨立的行或者列；子結果計算，將所述一維數據分別與分解后的卷積核進行一維卷積運算，對應得到多個一維子結果序列；以及子結果合并，將所述多個一維子結果序列中所有的對應數據進行合并，得到并輸出最終二維卷積計算結果。本發明還提供了二維卷積實現裝置。本發明的方法和裝置結合可以將所有的二維數據轉化成一維數據，通過一維卷積運算即可完成二維卷積運算，大大簡化了控制復雜度和片上數據路由難度。

技術領域

本發明涉及數據及數據庫處理，特別是一種排序數據處理的二維卷積實現方法及裝置。

背景技術

二維卷積是眾多科學計算中最核心的操作之一，占據了整個應用中絕大部分的計算量，如卷積神經網絡各層中輸入特征圖像與二維卷積核之間的計算，占據了整個網絡模型中超90％的計算量。因此，提高二維卷積的計算效率，是眾多核心科學計算優化的關鍵。

為了加速二維卷積的計算效率，越來越多的專用計算架構被提出，該類計算架構多根據二維卷積的特點而設計，計算單元多以二維的形式組織，直接處理二維數據，計算效率較高。但是，二維數據尋址方式非常復雜，給芯片設計帶來了巨大的挑戰。為了實現如此復雜的尋址，及時地為計算單元提供數據，現有方案多利用多層片上存儲結構，并精細對存儲結構進行劃分和數據排列，控制非常復雜。現有設計，雖然采用了如此復雜的方案，仍經常出現數據沖突導致計算單元數據不足的問題，造成整體計算性能低下。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術二維卷積尋址復雜、控制復雜的問題，提供一種二維卷積實現方法及裝置。

為了實現上述目的，本發明提供了一種二維卷積實現方法，其中，包括如下步驟：

二維輸入數據一維化，將二維輸入數據按照一設定維度展開成一維數據；

卷積核分解，根據所述二維輸入數據的展開方式，將二維卷積核分解為獨立的行或者列；

子結果計算，將所述一維數據分別與分解后的卷積核進行一維卷積運算，對應得到多個一維子結果序列；以及

子結果合并，將所述多個一維子結果序列中所有的對應數據進行合并，得到并輸出最終二維卷積計算結果。

可選地，上述的二維卷積實現方法中，將所述二維輸入數據按照行、列、對角線或不規則的方式展開成所述一維數據。

可選地，上述的二維卷積實現方法中，所述卷積核分解的方式與將所述二維輸入數據展開成所述一維數據的方式完全一致。

可選地，上述的二維卷積實現方法中，所述二維輸入數據一維化進一步包括：將所述二維輸入數據按行的方式展開，相鄰行尾首相連成所述一維數據；

所述卷積核分解進一步包括：將所述二維卷積核同樣以行的形式分解成卷積核第一行和卷積核第二行；

所述子結果計算進一步包括：所述一維數據分別與所述卷積核第一行和卷積核第二行進行一維卷積運算，所述一維數據與所述卷積核第一行進行一維卷積運算時，滑動窗從所述一維數據的第一行開始移動到倒數第二行結束；所述一維數據與所述卷積核第二行進行一維卷積運算時，滑動窗從所述一維數據的第二行開始移動到最后一行結束；以及

所述子結果合并進一步包括：所述一維數據與所述卷積核第一行及卷積核第二行進行一維卷積運算的子結果分別對應相加合并，得到最終計算結果。

可選地，上述的二維卷積實現方法中，所述一維化輸入數據與分解后的卷積核在一維卷積運算時產生的中間卷積結果，在后級子結果合并運算時與之前計算所得的子結果進行累加并緩存，然后與新計算所得的子結果進行累加合并，直至與所有分解后的卷積核相關的子結果計算并合并完成。