[發明專利]一種憶阻存內矢量矩陣運算器及運算方法

有效

• 申請號: 202010889956.7
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111988031B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 李祎;李健聰;繆向水
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F17/16
• 分類號: G06F17/16
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種憶阻存內矢量矩陣運算器，其特征在于，包括：輸入拆分單元、十進制乘法單元和外部累加單元；

所述十進制乘法單元有多個，且均包括憶阻器陣列；所述憶阻器陣列中的憶阻器具有至少10個不同的電導階態，用于映射數值0～9；所述憶阻器陣列映射-9～+9的十進制數值；各十進制乘法單元并行連接；所述輸入拆分單元的輸出端分別與各十進制乘法單元的輸入端相連，各十進制乘法單元的輸出端均與所述外部累加單元的輸入端相連；

所述輸入拆分單元用于將輸入的浮點數矢量和浮點數矩陣中的各浮點數位數分別進行統一后按位進行拆分，得到N個十進制矢量和M個十進制矩陣；將M個十進制矩陣分別寫入到M個十進制乘法單元的憶阻器陣列后，將每一個十進制矢量依次并行的輸入到所述M個十進制乘法單元的憶阻器陣列中；其中，M為所述浮點數矩陣中浮點數的位數，N為所述浮點數矢量中浮點數的位數，M小于或等于所述十進制乘法單元的個數；所述十進制矩陣的行數小于或等于憶阻器陣列的行數，列數小于或等于憶阻器陣列的列數；

所述十進制乘法單元用于基于憶阻器陣列實現十進制矢量與十進制矩陣的乘法運算，并將運算結果輸入到所述外部累加單元中；

所述外部累加單元用于將所得各乘法運算結果分別與對應的補償系數相乘后進行累加，所得結果即為所述浮點數矢量和所述浮點數矩陣的乘法運算結果。

2.根據權利要求1所述的憶阻存內矢量矩陣運算器，其特征在于，所述憶阻器陣列為十字交叉結構，憶阻器處于陣列的十字交叉點上；所述憶阻器陣列的大小為X×Y，相鄰兩列連接到一個電壓減法器上形成差分結構；其中，X為正整數，Y為偶數；

對于大小為K×L的十進制矩陣，將其存入到所述憶阻器陣列的前K行和前2L列中；所述十進制矩陣中第k行l列的元素為憶阻器陣列中第k行2l-1列的電導值與第k行2l列的電導值之差，其中，k＝1,2,…,K，l＝1,2,…,L，K≤X，2L≤Y。

3.根據權利要求1所述的憶阻存內矢量矩陣運算器，其特征在于，所述憶阻器陣列為十字交叉結構，憶阻器處于陣列的十字交叉點上；所述憶阻器陣列的大小為X×(Y+1)，其中一列作為參考列，其余列分別與該參考列連接到一個電壓減法器上形成差分結構；其中，X、Y為正整數；

對于大小為K×L的十進制矩陣，將其存入到所述憶阻器陣列的前K行和前L列中；參考列為憶阻器陣列的第p列；十進制矩陣中第k行l列的元素為憶阻器陣列中第k行l列的電導值與第k行p列的電導值之差，其中，k＝1,2,…,K，l＝1,2,…,L，K≤X，L≤Y。

4.根據權利要求1-3任意一項所述的憶阻存內矢量矩陣運算器，其特征在于，所述十進制乘法單元還包括控制器、數模轉換器和模數轉換器；

所述控制器用于選通憶阻器陣列中對應的行和列，控制憶阻器陣列的輸入和輸出；

在執行乘法運算時，所述數模轉換器將所述輸入拆分單元輸入的數據轉換為電壓矢量，輸入到憶阻器陣列中執行乘法運算，憶阻器陣列輸出的電流矢量經所述模數轉換器后轉換為數據量，即為乘法運算結果，輸出到所述外部累加單元中。

5.一種基于權利要求1-4任意一項所述的憶阻存內矢量矩陣運算器的憶阻存內矢量矩陣運算方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將輸入的浮點數矩陣中的各浮點數位數進行統一后，按位進行拆分，得到M個十進制矩陣，并分別寫入到M個憶阻器陣列中；

S2、將輸入的浮點數矢量中的各浮點數位數進行統一后，按位進行拆分，得到N個十進制矢量，并將每一個十進制矢量依次并行的輸入到所述M個憶阻器陣列中，實現十進制矢量與各十進制矩陣的乘法運算，得到M×N個乘法運算結果；

S3、將所得各乘法運算結果分別與對應的補償系數相乘后進行累加，所得結果即為浮點數矢量和浮點數矩陣的乘法運算結果。

6.根據權利要求5所述的憶阻存內矢量矩陣運算方法，其特征在于，將位數統一后的浮點數矩陣中的各浮點數按位進行拆分，得到這M個十進制矩陣，分別與浮點數的位數相對應。