[發(fā)明專利]一種用于矩陣乘法密集型算法的可重構(gòu)矩陣乘法加速系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011264343.0
• 申請(qǐng)日: 2020-11-12
• 公開（公告）號(hào): CN112395549A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王超;余國(guó)義;詹翊;汪釗旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/16
• 分類號(hào): G06F17/16
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種用于矩陣乘法密集型算法的可重構(gòu)矩陣乘法加速系統(tǒng)，其特征在于，包括：緩存器、可重構(gòu)矩陣乘法控制器、存儲(chǔ)控制器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和可重構(gòu)運(yùn)算陣列；所述可重構(gòu)運(yùn)算陣列為多個(gè)PE單元互聯(lián)組成的陣列，其規(guī)模由所述矩陣乘法密集型算法中所有進(jìn)行矩陣乘法運(yùn)算的矩陣尺寸、應(yīng)用場(chǎng)景以及所要求的運(yùn)算效率確定；

所述緩存器用于接收并緩存所述矩陣乘法密集型算法中的當(dāng)前待計(jì)算矩陣乘法的矩陣；

所述可重構(gòu)矩陣乘法控制器用于獲取所述緩存器中當(dāng)前待進(jìn)行矩陣乘法運(yùn)算的矩陣尺寸，基于所述矩陣尺寸判斷矩陣乘法的類別以確定所述可重構(gòu)運(yùn)算陣列的當(dāng)前工作模式，并根據(jù)所述當(dāng)前工作模式對(duì)所述存儲(chǔ)控制器和所述可重構(gòu)運(yùn)算陣列進(jìn)行配置；

所述存儲(chǔ)控制器用于控制緩存器將其緩存的所述當(dāng)前待計(jì)算矩陣乘法的矩陣存儲(chǔ)到所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；基于當(dāng)前配置控制所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器將所述當(dāng)前待計(jì)算矩陣乘法的矩陣按照預(yù)設(shè)分割模式進(jìn)行分割后以脈動(dòng)的方式輸入到可重構(gòu)運(yùn)算陣列中；

所述可重構(gòu)運(yùn)算陣列用于基于所述存儲(chǔ)控制器的輸入控制，實(shí)現(xiàn)矩陣的乘法運(yùn)算，并將計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)至所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)矩陣乘法加速系統(tǒng)，其特征在于，所述可重構(gòu)矩陣乘法控制器預(yù)先統(tǒng)計(jì)所述矩陣乘法密集型算法中的所有進(jìn)行矩陣乘法運(yùn)算A×B的矩陣A、B的尺寸以及矩陣乘法運(yùn)算量，以矩陣中行數(shù)和列數(shù)之間的差異為特征，同時(shí)根據(jù)矩陣乘法中A矩陣的列數(shù)和B矩陣的行數(shù)必須相等這一規(guī)則，將矩陣乘法劃分為六大類，具體為：矩陣A為橫長(zhǎng)條且矩陣B為豎長(zhǎng)條，矩陣A為豎長(zhǎng)條且矩陣B為橫長(zhǎng)條，矩陣A為豎長(zhǎng)條且矩陣B為方正形，矩陣A為方正形且矩陣B為橫長(zhǎng)條，矩陣A和B均為方正形以及矩陣A為橫長(zhǎng)條且矩陣B為方正形；然后根據(jù)各類矩陣乘法的計(jì)算量占整個(gè)算法中所有矩陣乘法總計(jì)算量的比例分布，對(duì)矩陣乘法進(jìn)行重組分類，且在重組的過(guò)程中，避免將矩陣A為橫長(zhǎng)條和矩陣A為豎長(zhǎng)條的矩陣乘法劃分為一類，以及避免將矩陣B為橫長(zhǎng)條和矩陣B為豎長(zhǎng)條的矩陣乘法劃分為一類，以保證重組分類后的各類矩陣乘法的計(jì)算量相差在20％以內(nèi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可重構(gòu)矩陣乘法加速系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)設(shè)分割模式為：對(duì)于當(dāng)前待計(jì)算矩陣乘法運(yùn)算A×B的矩陣A、B，若矩陣A為橫長(zhǎng)條形或方正形、且矩陣A的列數(shù)大于所述可重構(gòu)運(yùn)算陣列的行數(shù)L，則將矩陣A每隔L列進(jìn)行一次分割；此時(shí)，若矩陣B的行數(shù)大于L，則將矩陣B每隔L行進(jìn)行一次分割；與此同時(shí)，若矩陣B的列數(shù)大于所述可重構(gòu)運(yùn)算陣列的列數(shù)S，則將矩陣B每隔S列進(jìn)行一次分割；

若矩陣A為豎長(zhǎng)條、且矩陣A的列數(shù)大于S，則將矩陣A每隔S列進(jìn)行一次分割；此時(shí)，若矩陣B的行數(shù)大于S，則將矩陣B每隔S行進(jìn)行一次分割；與此同時(shí)，若矩陣B的列數(shù)大于L，則將矩陣B每隔L列進(jìn)行一次分割。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)矩陣乘法加速系統(tǒng)，其特征在于，所述PE單元包括電路開關(guān)和執(zhí)行單元；所述可重構(gòu)運(yùn)算陣列包含多種工作模式，所述矩陣乘法密集型算法中的每種矩陣乘法類型均對(duì)應(yīng)一種工作模式，在不同的工作模式下，所述PE單元的電路開關(guān)被配置成不同的連接方式。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)矩陣乘法加速系統(tǒng)，其特征在于，所述矩陣乘法密集型算法為EKF算法，此時(shí)，所述矩陣乘法密集型算法中的矩陣乘法被劃分為兩類；其中，尺寸為(r+Sn)×S的矩陣A、且尺寸為S×(r+Sn)的矩陣B所對(duì)應(yīng)的矩陣乘法為第一類，其余的矩陣乘法為第二類；所述可重構(gòu)運(yùn)算陣列的規(guī)模為L(zhǎng)行S列；其中，L為根據(jù)EKF算法的應(yīng)用場(chǎng)景以及所要求的運(yùn)算效率所預(yù)設(shè)的行數(shù)，S為EKF算法中特征點(diǎn)的位置向量維數(shù)，r為EKF算法中傳感器的位置向量維數(shù)，n為EKF算法中特征點(diǎn)的數(shù)量。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可重構(gòu)矩陣乘法加速系統(tǒng)，其特征在于，所述可重構(gòu)運(yùn)算陣列中，橫向和縱向上相鄰的PE單元相連，相鄰的PE單元之間可以進(jìn)行通信，通信的方向?yàn)闄M向和縱向。