用于图像识别的处理器制造技术

本发明专利技术提出一种用于图像识别的处理器，它是一种含有三维存储（3D‑M）阵列的分布式模式处理器。该处理器含有多个存储处理单元，每个单元都含有一模式处理电路和至少一3D‑M阵列。该3D‑M阵列堆叠在模式处理电路上方，并存储图像模型库等。模式处理电路根据该图像模型库对输入的用户图像数据进行模式识别。

A Processor for Image Recognition

The invention provides a processor for image recognition, which is a distributed mode processor with three-dimensional storage (3D M) array. The processor consists of multiple memory processing units, each of which contains a mode processing circuit and at least one 3D M array. The 3D M array is stacked on top of the mode processing circuit, and the image model library is stored. The pattern processing circuit recognizes the input user image data according to the image model library.

【技术实现步骤摘要】
用于图像识别的处理器
本专利技术涉及集成电路领域，更确切地说，涉及用于图像识别的处理器。
技术介绍
模式匹配和模式识别指在目标模式（被检索的模式，targetpattern）中查找与检索模式（用于检索的模式，searchpattern）相同或接近的模式。其中，模式匹配要求查找到相同的模式，模式识别仅要求查找到接近的模式。除了特别说明，本说明书不区分模式匹配和模式识别，并用模式处理来统称各种对模式进行的操作。模式处理（包括模式匹配和模式识别）应用广泛。常用的模式处理包括字符串匹配、代码匹配、语音识别和图像识别等。字符串匹配广泛用于大数据分析（如金融数据分析、电商数据分析、生物信息学）等领域：从大数据（目前多为文本数据库，含有目标字符串）中查找检索字符串，并进行统计分析。代码匹配广泛用于防恶意软件（anti-malware，如网络安全、计算机杀毒）等领域：从网络数据包中查找病毒标识（virussignature）或检查网络数据包是否符合网络规范（networkrules），从而决定网络数据包是否安全。语音识别将通过语音传感器搜集到、或存储在语音档案库中的语音信号与声学模型库和语言模型库匹配。图像识别将通过图像传感器搜集到、或存储到图像档案库中的图像信号与图像模型库匹配。随着大数据时代的到来，传统的模式库（包括检索模式库和目标模式库）已成为大型数据库（TB级到PB级，甚至EB级）：检索模式库（包括所有用于检索的模式）的数据量已经很大，而目标模式库（包括所有被检索的模式，通常为用户数据库）的数据量则更为巨大。目前计算机采用的vonNeumann架构已不能满足大数据时代对模式处理的要求。在vonNeumann架构中，用于处理模式的处理器和用来存储模式的存储器是分离的：存储器（如硬盘、光盘、磁带等）仅用作存储模式数据，而不能对它进行任何模式处理；所有的模式处理都由外置处理器（如CPU、GPU）来完成。众所周知，分离的处理器和存储器之间带宽有限，光是从模式库中读出所有数据就需要很长时间，更何况对它们进行处理分析。因此，对大型模式库的模式处理需要耗费很长时间。模式处理的一个典型应用是图像识别。图像识别的一种手段是根据图像模型库对用户图像进行模式识别。其中，图像模型库存储大量的图像模型。在识别时，模式处理器将用户图像数据与图像模型库中的图像模型一一比较，寻找最接近的图像模型。由于传统图像处理器（如CPU、GPU）内核数量有限、模式识别平行度较低，且图像模型库存储在外存（如硬盘）中、图像处理器获取图像模型耗时较长，故传统图像处理器在处理图像识别时效率低下。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提高图像识别的效率。本专利技术的另一目的是提供一种能高效地进行图像识别的处理器。为了实现这些以及别的目的，本专利技术提出一种用于图像识别的处理器，它是一种含有三维存储（three-dimensionalmemory，简称为3D-M）阵列的分布式模式处理器：该处理器不仅能存储模式数据，还能对它实施模式处理。一个模式处理器芯片含有多个存储处理单元，每个单元都含有一模式处理电路和至少一存储至少一模式（目标模式或检索模式）的3D-M阵列。3D-M阵列与模式处理电路的垂直集成带来很多优势：由于3D-M阵列不占衬底面积，它可以集成在模式处理电路上，这能增加存储容量、减少芯片面积。更重要的是，由于3D-M阵列和模式处理电路处于同一芯片中且距离很近，它们之间能实现一大带宽电连接。通过采用大规模平行计算（每个分布式模式处理器芯片可以含有上万个存储处理单元），分布式模式处理器能对大型模式库实现快速模式处理。相应地，本专利技术提出一种用于图像识别的处理器(200)，其特征在于含有：一传输至少一用户图像数据的输入总线(110)；一半导体衬底(0)及多个存储处理单元(100aa-100mn)，所述多个存储处理单元与该输入总线(110)耦合，每个存储处理单元(100ij)含有至少一三维存储(3D-M)阵列(170)和一模式处理电路(180)，其中：所述3D-M阵列(170)堆叠在该衬底(0)上方，该3D-M阵列(170)存储至少一图像模型；所述模式处理电路(180)位于该衬底(0)中，该模式处理电路(180)根据该图像模型对该用户图像数据进行模式识别；所述3D-M阵列(170)和所述模式处理电路(180)通过多个接触通道孔(1av,3av)耦合。附图说明图1是一种分布式模式处理器的电路框图。图2A-图2C是三种存储处理单元的电路框图；图3A是一种三维可写存储器（three-dimensionalwritablememory，简称为3D-W）及基于3D-W的存储处理单元的截面图；图3B是一种三维印录存储器（three-dimensionalprintedmemory，简称为3D-P）及基于3D-P的存储处理单元的截面图。图4是一种存储处理单元的透视图。图5A-图5C是三种存储处理单元的衬底电路布局图。注意到，这些附图仅是概要图，它们不按比例绘图。为了显眼和方便起见，图中的部分尺寸和结构可能做了放大或缩小。在不同实施例中，数字后面的字母后缀表示同一类结构的不同实例；相同的数字前缀表示相同或类似的结构。在本说明书中，“/”表示“和/或”。具体实施方式图1表示一种用于图像识别的处理器200，它是一种分布式模式处理器芯片。该处理器200含有mxn个存储处理单元100aa-100mn。这些存储处理单元100aa-100mn均形成在衬底0上。输入总线110与各个存储处理单元耦合，输出总线120与各个存储处理单元耦合。注意到，分布式模式处理器芯片200可以含有上万个存储处理单元100aa-100mn。如此数量众多的存储处理单元100aa-100mn可以保证大规模平行计算，以实现高速模式处理。每个存储处理单元100ij都含有一模式处理电路170和至少一存储至少一模式的3D-M阵列180。图2A-图2C是三种存储处理单元100ij的电路框图。在这些实施例中，一个模式处理电路180为不同数量的3D-M阵列170服务。图2A中的模式处理电路180为一个3D-M阵列170服务：存储在3D-M阵列170中的模式数据通过大带宽电连接160（参见图3A-图4）送入模式处理电路180，与输入模式数据110进行模式匹配或模式识别，并产生输出模式数据120。图2B中的模式处理电路180为四个存储阵列170A-170D服务：存储在3D-M阵列170A-170D中的模式数据通过大带宽电连接160A-160D（参见图3A-图4）送入模式处理电路180，并与输入模式数据110进行模式匹配或模式识别。图2C中的模式处理电路180为八个存储阵列170A-170D和170W-170Z服务：存储在3D-M阵列170A-170D和170W-170Z中的模式数据通过大带宽电连接160A-160D和160W-160Z（参见图3A-图4）送入模式处理电路180，并与输入模式数据110进行模式匹配或模式识别。从以后的图5A-图5C可以看出，为更多3D-M阵列服务的模式处理电路180具有更大的面积和更强的功能。图3A-图3B表示两种典型3D-M。图3A是一种基于3D-W的存储处理单元100ij的截面图。3D-W存储的信息采用电编程录入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于图像识别的处理器(200)，其特征在于含有：一传输至少一用户图像数据的输入总线(110)；一半导体衬底(0)及多个存储处理单元(100aa‑100mn)，所述多个存储处理单元与该输入总线(110)耦合，每个存储处理单元(100ij)含有至少一三维存储 (3D‑M)阵列(170)和一模式处理电路(180)，其中：所述3D‑M阵列(170)堆叠在该衬底(0)上方，该3D‑M阵列(170)存储至少一图像模型；所述模式处理电路(180)位于该衬底(0)中，该模式处理电路(180)根据该图像模型对该用户图像数据进行模式识别；所述3D‑M阵列(170)和所述模式处理电路(180)通过多个接触通道孔(1av, 3av)耦合。

【技术特征摘要】
1.一种用于图像识别的处理器(200)，其特征在于含有：一传输至少一用户图像数据的输入总线(110)；一半导体衬底(0)及多个存储处理单元(100aa-100mn)，所述多个存储处理单元与该输入总线(110)耦合，每个存储处理单元(100ij)含有至少一三维存储(3D-M)阵列(170)和一模式处理电路(180)，其中：所述3D-M阵列(170)堆叠在该衬底(0)上方，该3D-M阵列(170)存储至少一图像模型；所述模式处理电路(180)位于该衬底(0)中，该模式处理电路(180)根据该图像模型对该用户图像数据进行模式识别；所述3D-M阵列(170)和所述模式处理电路(180)通过多个接触通道孔(1av,3av)耦合。2.根据权利要求1所述的处理器(200)，其特征还在于：所述3D-M为三维可写存储元（3D-W）。3.根据权利要求1所述的处理器(200)，其特征还在于：所述3D-M阵列是一三维一次编程存储器（3D-OTP）阵列。4.根据权利要求1所述的处理器(200)，其特征还在于：所述3D-M阵列是一三维多次编程存储器（3D-MTP）阵列。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国飙，
申请(专利权)人：成都海存艾匹科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51