[發明專利]用于卷積計算的芯片及其控制方法、電子裝置

在審

• 申請號: 202110800143.0
• 申請日: 2021-07-15
• 公開（公告）號: CN113642722A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 呂啟深;向真;李艷;薛榮;陽浩;邱方馳;余鵬;余英
• 申請（專利權）人: 深圳供電局有限公司
• 主分類號: G06N3/063
• 分類號: G06N3/063;G06N3/04
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 虞凌霄

本申請涉及一種用于卷積計算的芯片，包括存儲器、處理器及卷積計算模塊，其中，所述存儲器用于存儲卷積參數數據及卷積計算結果；所述處理器與所述存儲器連接，基于RISC?V開源指令集架構，用于接收用戶的自定制指令，基于所述自定制指令生成控制指令；所述卷積計算模塊與所述處理器及所述存儲器均連接，用于接收所述控制指令及所述卷積參數數據，并基于所述控制指令及所述卷積參數數據進行計算，輸出卷積計算結果。本申請的用于卷積計算的芯片采用最精簡的架構RISC?V，可以舍去非常多的冗余指令，使內核設計簡單，功耗降低。同時把卷積加速的計算用卷積計算模塊實現，而不是內核中的軟件應用實現，極大提升了卷積加速的計算速度。

技術領域

本申請涉及脈沖調制領域，特別涉及一種用于卷積計算的芯片及其控制方法、電子裝置。

背景技術

隨著深度神經網絡的流行，神經網絡計算加速器產品的數量和種類急劇增長，神經網絡計算加速專用芯片已成為許多消費、通信、醫療、工業產品的關鍵組件，這些產品使用各種硬件方法來實現某些特定種類的計算。卷積就是其中最常見的一種，這種運算在神經網絡計算中占比相當之大，消耗大量計算時間和功耗。而且卷積的參數和種類繁雜，單一的計算結構無法很好的完成各種卷積的計算加速，所以現在卷積加速器需要一定的可配置性，使其可以在應用現場重新配置，從而滿足隨時變化的計算需求。在這類加速器芯片中，往往需要嵌入處理器，以實現芯片功能的配置、代碼的執行等操作。

然而，在當今處理器領域，主流的架構有x86和ARM架構，這兩個架構雖然技術成熟，但其為了兼容性保留了許多落后的指令，導致其指令數目多，指令冗余嚴重，用它們設計新的處理器，面積和功耗不可避免地比較大。

并且，使用商用的x86和ARM架構還存在著高昂的專利和授權費用問題，使后來的設計者要付出很高的學習成本，也使其在處理器設計上面要做出許多讓步。

發明內容

基于此，有必要針對上述背景技術中的問題，提供一種用于卷積計算的芯片及其控制方法、電子裝置，基于RISC-V開源指令集架構使得用戶可以自定義操作，有效提高卷積計算速度，實現功耗優化，同時降低成本。

本申請的一方面提供一種用于卷積計算的芯片，包括存儲器、處理器及卷積計算模塊，其中，所述存儲器用于存儲卷積參數數據及卷積計算結果；所述處理器與所述存儲器連接，基于RISC-V開源指令集架構，用于接收用戶的自定制指令，基于所述自定制指令生成控制指令；所述卷積計算模塊與所述處理器及所述存儲器均連接，用于接收所述控制指令及所述卷積參數數據，并基于所述控制指令及所述卷積參數數據進行計算，輸出卷積計算結果。

上述實施例中的用于卷積計算的芯片中，通過設置存儲器用于儲存卷積參數數據及卷積計算結果，使得與儲存器相連的處理器及卷積計算模塊可以隨時提取存儲器中的數據，基于用戶向處理器下達的指令，即可實現復雜的卷積計算。本申請的用于卷積計算的芯片采用最精簡的架構RISC-V，可以舍去非常多的冗余指令，使內核設計簡單，功耗降低。同時把卷積加速的計算用卷積計算模塊實現，而不是內核中的軟件應用實現，極大提升了卷積加速的計算速度。

在其中一個實施例中，所述處理器包括基礎指令子模塊及擴展指令子模塊，其中，基礎指令子模塊用于實現RISC-V標準定義的標準指令集；擴展指令子模塊用于實現用戶定義的自定制指令集。

在其中一個實施例中，所述卷積計算模塊包括寄存器組及矩陣模塊，其中，寄存器組與所述擴展指令子模塊連接，用于實現所述擴展指令子模塊與計算模塊之間的信息交互；矩陣模塊經由所述寄存器組及所述存儲器與所述擴展指令子模塊連接，用于接收所述控制指令及所述卷積參數數據，并基于所述控制指令及所述卷積參數數據進行卷積計算，輸出卷積計算結果。

在其中一個實施例中，所述寄存器組包括命令寄存器及響應寄存器，其中，命令寄存器與所述擴展指令子模塊及所述矩陣模塊均連接，用于接收所述控制指令，基于所述控制指令生成控制信號；響應寄存器與所述擴展指令子模塊及所述計算模塊均連接，用于獲取所述卷積計算結果，基于所述卷積計算結果生成響應信號。