一种忆阻存内矢量矩阵运算器及运算方法技术

本发明专利技术公开了一种忆阻存内矢量矩阵运算器及运算方法，包括：输入拆分单元、十进制乘法单元和外部累加单元；其中，十进制乘法单元有多个，且均包括忆阻器阵列；各十进制乘法单元并行连接；输入拆分单元的输出端分别与各十进制乘法单元的输入端相连，各十进制乘法单元的输出端均与外部累加单元的输入端相连。通过对输入的浮点数矢量和浮点数矩阵中的浮点数按位进行拆分，实现对浮点数的高精度映射，可以在没有精度损失的前提下执行浮点数的矢量‑矩阵运算，有效的降低忆阻器件非理想效应对计算结果的影响，实现浮点数的高精度计算。另外，由于采用十进制映射的方式，本发明专利技术所需的器件数量较少，电路面积开销也较小。

【技术实现步骤摘要】
一种忆阻存内矢量矩阵运算器及运算方法
本专利技术属于模拟电路领域，更具体地，涉及一种忆阻存内矢量矩阵运算器及运算方法。
技术介绍
由于具有高能效、低延时、低运算时间复杂度的特点，基于忆阻器的存内矢量-矩阵运算在数据密集型任务中已经取得了广泛的应用，基于忆阻器阵列构筑的神经网络已经展示了存内计算方式相比其传统数值计算机在能效上的巨大优势。然而，同样作为一种数据密集型任务，基于忆阻器的存算一体化技术在执行数值计算加速时，面临着不小的挑战，由于忆阻器阵列执行的矢量-矩阵运算是一种模拟式运算方式，受到忆阻器件非理想效应和阵列非理想效应的影响，基于单一忆阻阵列的矢量-矩阵运算只能提供低精度运算结果，无法满足数值计算任务的苛刻需求。现有的高精度存内矢量-矩阵运算单元采用二进制浮点格式进行运算，以浮点数0.5为例，由于可以将其进一步表示为1/2，故实现其二进制精确表示，但是像0.3的这种类型的浮点数，由于无法表示成2的幂次或者2的幂次的组合，无法用二进制精确表示；故采用二进制映射的方式事实上是不精准的。同时，对于32位的浮点数运算，由于计算机中全精度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种忆阻存内矢量矩阵运算器，其特征在于，包括：输入拆分单元、十进制乘法单元和外部累加单元；/n所述十进制乘法单元有多个，且均包括忆阻器阵列；各十进制乘法单元并行连接；所述输入拆分单元的输出端分别与各十进制乘法单元的输入端相连，各十进制乘法单元的输出端均与所述外部累加单元的输入端相连；/n所述输入拆分单元用于将输入的浮点数矢量和浮点数矩阵中的各浮点数位数分别进行统一后按位进行拆分，得到N个十进制矢量和M个十进制矩阵；将M个十进制矩阵分别写入到M个十进制乘法单元的忆阻器阵列后，将每一个十进制矢量依次并行的输入到所述M个十进制乘法单元的忆阻器阵列中；其中，M为所述浮点数矩阵中浮点数的位数，N为所...

【技术特征摘要】
1.一种忆阻存内矢量矩阵运算器，其特征在于，包括：输入拆分单元、十进制乘法单元和外部累加单元；
所述十进制乘法单元有多个，且均包括忆阻器阵列；各十进制乘法单元并行连接；所述输入拆分单元的输出端分别与各十进制乘法单元的输入端相连，各十进制乘法单元的输出端均与所述外部累加单元的输入端相连；
所述输入拆分单元用于将输入的浮点数矢量和浮点数矩阵中的各浮点数位数分别进行统一后按位进行拆分，得到N个十进制矢量和M个十进制矩阵；将M个十进制矩阵分别写入到M个十进制乘法单元的忆阻器阵列后，将每一个十进制矢量依次并行的输入到所述M个十进制乘法单元的忆阻器阵列中；其中，M为所述浮点数矩阵中浮点数的位数，N为所述浮点数矢量中浮点数的位数，M小于或等于所述十进制乘法单元的个数；所述十进制矩阵的行数小于或等于忆阻器阵列的行数，列数小于或等于忆阻器阵列的列数；
所述十进制乘法单元用于基于忆阻器阵列实现十进制矢量与十进制矩阵的乘法运算，并将运算结果输入到所述外部累加单元中；
所述外部累加单元用于将所得各乘法运算结果分别与对应的补偿系数相乘后进行累加，所得结果即为所述浮点数矢量和所述浮点数矩阵的乘法运算结果。


2.根据权利要求1所述的忆阻存内矢量矩阵运算器，其特征在于，所述忆阻器阵列为十字交叉结构，忆阻器处于阵列的十字交叉点上；所述忆阻器阵列的大小为X×Y，相邻两列连接到一个电压减法器上形成差分结构；其中，X为正整数，Y为偶数；
对于大小为K×L的十进制矩阵，将其存入到所述忆阻器阵列的前K行和前2L列中；所述十进制矩阵中第k行l列的元素为忆阻器阵列中第k行2l-1列的电导值与第k行2l列的电导值之差，其中，k＝1,2,…,K，l＝1,2,…,L，K≤X，2L≤Y。


3.根据权利要求1所述的忆阻存内矢量矩阵运算器，其特征在于，所述忆阻器阵列为十字交叉结构，忆阻器处于阵列的十字交叉点上；所述忆阻器阵列的大小为X×(Y+1)，其中一列作为参考列，其余列分别与该参考列连接到一个电压减法器上形成差分结构；其中，X、Y为正整数；
对于大小为K×L的十进制矩阵，将其存入到所述忆阻器阵列的前K行和前L列中；参考列为忆阻器阵列的第p列；十进制矩阵中第k行l列的元素为忆阻器阵列中第k行l列的电导值与第k行p列的电导值之差，其中，k＝1,2,…,K，l＝1,2,…,L，K≤X，L≤Y。


4.根据权利要求1所述的忆阻存内矢量矩阵运算器，其特征在于，所述忆阻器阵列中的忆阻器具有至少10个不同的电导阶态，用于映射数值0～9；所述忆阻器阵列可映射-9～+9的十进制数值。


5.根据权利要求1-4任意一项所述的忆阻存内矢量矩阵运算器，其特征在于，所述十进制乘法单元还包括控制器、数模转换器和模数转化器；
所述控制器用于选通忆阻器阵列中对应的行和列，控制忆阻器阵列的输入和输出；
在执行乘法运算时，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祎，李健聪，缪向水，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42