存算一体装置及其校准方法制造方法及图纸

一种存算一体装置及其校准方法。存算一体装置包括第一处理单元，第一处理单元包括：第一计算忆阻器阵列，被配置为接收第一计算输入数据，并对第一计算输入数据进行计算以得到第一输出数据；以及第一校准忆阻器阵列，被配置为接收第一校准输入数据，并根据第一校准输入数据对第一输出数据进行校准，以得到第一校准输出数据；第一处理单元被配置为输出第一校准输出数据。校准方法包括：通过片外训练确定第一计算忆阻器阵列对应的第一计算权重矩阵，将第一计算权重矩阵写入第一计算忆阻器阵列；基于写入了第一计算权重矩阵的第一计算忆阻器阵列和第一计算权重矩阵，对第一校准忆阻器阵列进行片上训练，以调整第一校准忆阻器阵列的权重值。权重值。权重值。

【技术实现步骤摘要】
存算一体装置及其校准方法


[0001]本公开的实施例涉及一种存算一体装置及其校准方法。

技术介绍

[0002]基于忆阻器的存算一体装置可以在存储位置处直接进行原位乘累加等操作，实现计算和存储的器件级融合，打破传统硬件平台的算力、能效限制，是最具潜力的下一代硬件芯片技术之一。国内外企业、科研单位都投入大量人力物力，经过近十年的发展后，基于忆阻器的存算一体技术已逐渐从理论仿真阶段进入实际芯片、系统的原型演示阶段。

技术实现思路

[0003]本公开至少一实施例提供一种存算一体装置的校准方法，所述存算一体装置包括第一处理单元，所述第一处理单元包括第一计算忆阻器阵列和第一校准忆阻器阵列，所述第一计算忆阻器阵列被配置为接收第一计算输入数据，并对所述第一计算输入数据进行计算以得到第一输出数据；所述第一校准忆阻器阵列的被配置为接收第一校准输入数据，并根据所述第一校准输入数据对所述第一输出数据进行校准，以得到第一校准输出数据；所述第一处理单元被配置为输出所述第一校准输出数据，所述校准方法包括：通过片外训练确定所述第一计算忆阻器阵列对应的第一计算权重矩阵，将所述第一计算权重矩阵写入所述第一计算忆阻器阵列；基于写入了所述第一计算权重矩阵的所述第一计算忆阻器阵列和所述第一计算权重矩阵，对所述第一校准忆阻器阵列进行片上训练，以调整所述第一校准忆阻器阵列的权重值。
[0004]例如，在本公开至少一实施例提供的校准方法中，所述第一计算忆阻器阵列包括M行*N列的忆阻器单元，所述第一校准忆阻器阵列包括K行*N列的忆阻器单元，所述第一校准忆阻器阵列的第i列与所述第一计算忆阻器阵列的第i列串联，所述第一校准忆阻器阵列的第i列的忆阻器单元被配置为根据所述第一校准输入数据对所述第一计算忆阻器阵列的第i列的第一输出数据进行校准，以得到第i列的第一校准输出数据，M、N、K、i均为正整数，且1≤i≤N，基于写入了所述第一计算权重阵列的所述第一计算忆阻器阵列和所述第一计算权重矩阵，对所述第一校准忆阻器阵列进行片上训练，以调整所述第一校准忆阻器阵列的权重值，包括：根据第一训练计算输入数据和所述第一计算权重矩阵，确定第一训练目标输出数据；向所述第一计算忆阻器阵列输入所述第一训练计算输入数据，并向所述第一校准忆阻器阵列输入第一训练校准输入数据，以得到第一训练校准输出数据；根据所述第一训练校准输出数据和所述第一训练目标输出数据的偏差，调整所述第一校准忆阻器阵列中对应于所述第一计算忆阻器阵列中需要校准的列的忆阻器单元的权重值。
[0005]例如，在本公开至少一实施例提供的校准方法中，所述第一校准忆阻器阵列包括固定偏差校准子阵列，所述第一训练校准输入数据包括固定训练校准输入数据，所述固定偏差校准子阵列包括1行*N列的忆阻器单元，向所述第一校准忆阻器阵列输入所述第一训练校准输入数据，包括：向所述固定偏差校准子阵列输入所述固定训练校准输入数据。
[0006]例如，在本公开至少一实施例提供的校准方法中，所述第一校准忆阻器阵列包括动态偏差校准子阵列，所述第一训练校准输入数据包括动态训练校准输入数据，所述动态偏差校准子阵列包括至少1行*N列的忆阻器单元，向所述第一校准忆阻器阵列输入所述第一训练校准输入数据，包括：根据所述第一训练计算输入数据，确定所述动态训练校准输入数据；以及，向所述动态偏差校准子阵列输入所述动态训练校准输入数据。
[0007]例如，在本公开至少一实施例提供的校准方法中，所述第一校准忆阻器阵列包括固定偏差校准子阵列和动态偏差校准子阵列，所述第一训练校准输入数据包括固定训练校准输入数据和动态训练校准输入数据，所述固定偏差校准子阵列包括1行*N列的忆阻器单元，所述动态偏差校准子阵列包括至少1行*N列的忆阻器单元，向所述第一校准忆阻器阵列输入所述第一训练校准输入数据，包括：向所述固定偏差校准子阵列输入所述固定训练校准输入数据；根据所述第一训练计算输入数据，确定所述动态训练校准输入数据；以及，向所述动态偏差校准子阵列输入所述动态训练校准输入数据。
[0008]例如，在本公开至少一实施例提供的校准方法中，向所述固定偏差校准子阵列输入所述固定训练校准输入数据，包括：向所述固定偏差校准子阵列输入所述第一训练计算输入数据的最大值的5％
‑
20％，以作为所述固定训练校准输入数据。
[0009]例如，在本公开至少一实施例提供的校准方法中，在基于写入了所述第一计算权重矩阵的所述第一计算忆阻器阵列和所述第一计算权重矩阵，对所述第一校准忆阻器阵列进行片上训练，以调整所述第一校准忆阻器阵列的权重值之前，所述校准方法还包括：确定所述第一计算忆阻器阵列的第i列的至少一个处于关键权重位置的忆阻器单元，并将所述动态偏差校准子阵列的第i列的至少一个忆阻器单元的输入设置为与所述第一计算忆阻器阵列的第i列的所述至少一个处于关键权重位置的忆阻器单元的输入相同，根据所述第一训练计算输入数据，确定所述动态训练校准输入数据，包括：将所述第一计算忆阻器阵列的第i列的所述至少一个处于关键权重位置的忆阻器单元的第一训练计算输入数据作为所述动态偏差校准子阵列的第i列的至少一个忆阻器单元的动态训练校准输入数据。
[0010]例如，在本公开至少一实施例提供的校准方法中，在基于写入了所述第一计算权重矩阵的所述第一计算忆阻器阵列和所述第一计算权重矩阵，对所述第一校准忆阻器阵列进行片上训练，以调整所述第一校准忆阻器阵列的权重值之前，所述校准方法还包括：确定所述第一计算忆阻器阵列的至少一行处于关键权重位置的忆阻器单元，并将所述动态偏差校准子阵列的至少一行忆阻器单元的输入设置为与所述第一计算忆阻器阵列的所述至少一行处于关键权重位置的忆阻器单元的输入相同，根据所述第一训练计算输入数据，确定所述动态训练校准输入数据，包括：将所述第一计算忆阻器阵列的所述至少一行处于关键权重位置的忆阻器单元的第一训练计算输入数据作为所述动态偏差校准子阵列的至少一行忆阻器单元的动态训练校准输入数据。
[0011]例如，在本公开至少一实施例提供的校准方法中，基于所述写入了所述第一计算权重矩阵的第一计算忆阻器阵列和所述第一计算权重矩阵，对所述第一校准忆阻器阵列进行片上训练，以调整所述第一校准忆阻器阵列的权重值，还包括：在向所述第一计算忆阻器阵列输入所述第一训练计算输入数据，并向所述第一校准忆阻器阵列输入所述第一训练校准输入数据，以得到所述第一训练校准输出数据之前，向所述第一计算忆阻器阵列输入所述第一训练计算输入数据，以得到第一训练输出数据；根据所述第一训练输出数据和所述
第一训练目标输出数据的偏差，确定所述第一计算忆阻器阵列中需要校准的列，并使所述第一校准忆阻器阵列中对应于所述第一计算忆阻器阵列中需要校准的列的忆阻器单元与所述第一计算忆阻器阵列中需要校准的列串联接通。
[0012]例如，在本公开至少一实施例提供的校准方法中，所述存算一体装置还包括第二处理单元，所述第二处理单元包括第二计算忆阻器阵列和第二校准忆阻器阵列，所述第二计算忆阻器阵列被配置为接收根据所述第一校准输出数据确定的第二计算输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种存算一体装置的校准方法，其中，所述存算一体装置包括第一处理单元，所述第一处理单元包括第一计算忆阻器阵列和第一校准忆阻器阵列，所述第一计算忆阻器阵列被配置为接收第一计算输入数据，并对所述第一计算输入数据进行计算以得到第一输出数据；所述第一校准忆阻器阵列的被配置为接收第一校准输入数据，并根据所述第一校准输入数据对所述第一输出数据进行校准，以得到第一校准输出数据；所述第一处理单元被配置为输出所述第一校准输出数据，所述校准方法包括：通过片外训练确定所述第一计算忆阻器阵列对应的第一计算权重矩阵，将所述第一计算权重矩阵写入所述第一计算忆阻器阵列；基于写入了所述第一计算权重矩阵的所述第一计算忆阻器阵列和所述第一计算权重矩阵，对所述第一校准忆阻器阵列进行片上训练，以调整所述第一校准忆阻器阵列的权重值。2.根据权利要求1所述的校准方法，其中，所述第一计算忆阻器阵列包括M行*N列的忆阻器单元，所述第一校准忆阻器阵列包括K行*N列的忆阻器单元，所述第一校准忆阻器阵列的第i列与所述第一计算忆阻器阵列的第i列串联，所述第一校准忆阻器阵列的第i列的忆阻器单元被配置为根据所述第一校准输入数据对所述第一计算忆阻器阵列的第i列的第一输出数据进行校准，以得到第i列的第一校准输出数据，其中，M、N、K、i均为正整数，且1≤i≤N，基于写入了所述第一计算权重阵列的所述第一计算忆阻器阵列和所述第一计算权重矩阵，对所述第一校准忆阻器阵列进行片上训练，以调整所述第一校准忆阻器阵列的权重值，包括：根据第一训练计算输入数据和所述第一计算权重矩阵，确定第一训练目标输出数据；向所述第一计算忆阻器阵列输入所述第一训练计算输入数据，并向所述第一校准忆阻器阵列输入第一训练校准输入数据，以得到第一训练校准输出数据；根据所述第一训练校准输出数据和所述第一训练目标输出数据的偏差，调整所述第一校准忆阻器阵列中对应于所述第一计算忆阻器阵列中需要校准的列的忆阻器单元的权重值。3.根据权利要求2所述的校准方法，其中，所述第一校准忆阻器阵列包括固定偏差校准子阵列，所述第一训练校准输入数据包括固定训练校准输入数据，所述固定偏差校准子阵列包括1行*N列的忆阻器单元，向所述第一校准忆阻器阵列输入所述第一训练校准输入数据，包括：向所述固定偏差校准子阵列输入所述固定训练校准输入数据。4.根据权利要求2所述的校准方法，其中，所述第一校准忆阻器阵列包括动态偏差校准子阵列，所述第一训练校准输入数据包括动态训练校准输入数据，所述动态偏差校准子阵列包括至少1行*N列的忆阻器单元，向所述第一校准忆阻器阵列输入所述第一训练校准输入数据，包括：根据所述第一训练计算输入数据，确定所述动态训练校准输入数据；以及，向所述动态偏差校准子阵列输入所述动态训练校准输入数据。5.根据权利要求2所述的校准方法，其中，
所述第一校准忆阻器阵列包括固定偏差校准子阵列和动态偏差校准子阵列，所述第一训练校准输入数据包括固定训练校准输入数据和动态训练校准输入数据，所述固定偏差校准子阵列包括1行*N列的忆阻器单元，所述动态偏差校准子阵列包括至少1行*N列的忆阻器单元，向所述第一校准忆阻器阵列输入所述第一训练校准输入数据，包括：向所述固定偏差校准子阵列输入所述固定训练校准输入数据；根据所述第一训练计算输入数据，确定所述动态...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚鹏，吴华强，高滨，唐建石，钱鹤，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：