随机矩阵向量乘加运算系统及其运算方法技术方案

本发明专利技术提供一种随机矩阵向量乘加运算系统及其运算方法，其中的运算系统包括输入比特流生成单元、权重比特流生成单元以及存储器阵列，输入比特流生成单元用于根据预设输入向量生成相应的输入随机比特流的脉冲序列，权重比特流生成单元用于根据预设权重矩阵生成相应的权重随机比特流的脉冲序列；输入随机比特流的脉冲序列和权重随机比特流的脉冲序列分别施加在存储器阵列的字线和位线；存储器阵列的各存储器件处的输入随机比特流与权重随机比特流的乘加结果存于对应的存储器件的电导值中。本发明专利技术提供的随机矩阵向量乘加运算系统及其运算方法能够解决随机计算中传统的乘加计算单元运算速度慢、并行程度低且硬件开销大的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
随机矩阵向量乘加运算系统及其运算方法


[0001]本专利技术涉及运算电路设计
，更为具体地，涉及一种随机矩阵向量乘加运算系统及其运算方法。

技术介绍

[0002]近年来，尽管CMOS集成电路单位面积芯片上集成的元器件数量逐渐增长，但由于晶体管的器件尺寸趋近物理极限，摩尔定律的发展逐渐趋缓，另一方面，受器件工艺涨落的影响，电路可靠性下降，工作电压无法按比例缩小。因此，受功耗限制，在一个具有多核的集成电路中，在一定时间内只有小部分能够处于实际有效工作状态，导致“暗硅”困境。
[0003]面对以上挑战，可以通过工艺优化、设计新器件取代晶体管或发展新型计算范式对架构和电路进行创新，以满足多领域新型技术低功耗、可靠性和电路开销的需求。
[0004]作为一种一元编码算法，随机计算就是从数据编码角度提出的一种变革性的计算范式。随机计算将传统二进制编码中的0/1编码为权重相同的比特流的形式，其中被编码的数值由比特流中“1”所占的比例决定。与传统二进制计算相比，随机计算具有高容错、电路逻辑简单、低硬件开销、低功耗的优势。
[0005本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种随机矩阵向量乘加运算系统，其特征在于，包括输入比特流生成单元、权重比特流生成单元以及存储器阵列；其中，所述输入比特流生成单元用于根据预设输入向量的各预设输入值生成相应的输入随机比特流的脉冲序列，所述权重比特流生成单元用于根据所述预设权重矩阵的各预设权重值生成相应的权重随机比特流的脉冲序列；所述输入随机比特流的脉冲序列和所述权重随机比特流的脉冲序列分别施加在所述存储器阵列的字线和位线；并且，所述存储器阵列基于预设时间序列逐行开启；与所述预设输入向量的各预设输入值对应的各输入随机比特流的脉冲序列基于所述预设时间序列依次施加在所述存储器阵列的各字线上；与所述预设权重矩阵的各行的所有预设权重值分别对应的所有权重随机比特流的脉冲序列，基于所述预设时间序列依次分别施加在所述存储器阵列的对应的位线上；所述存储器阵列的各存储器件处的输入随机比特流与权重随机比特流的乘加结果存于对应的存储器件的电导值中。2.如权利要求1所述的随机矩阵向量乘加运算系统，其特征在于，在所述输入随机比特流的脉冲序列中，“1”由正脉冲V/2表示，“0”由0电平表示；在所述权重随机比特流的脉冲序列中，“1”由负脉冲V/2表示，“0”由0电平表示；或者，在所述输入随机比特流的脉冲序列中，“1”由负脉冲V/2表示，“0”由0电平表示；在所述权重随机比特流的脉冲序列中，“1”由正脉冲V/2表示，“0”由0电平表示。3.如权利要求2所述的随机矩阵向量乘加运算系统，其特征在于，所述权重随机比特流的脉冲序列和所述输入随机比特流的脉冲序列分别施加在所述存储器阵列中的存储器件的顶电极和底电极。4.如权利要求3所述的随机矩阵向量乘加运算系统，其特征在于，还包括读脉冲生成单元和输出提取单元；其中，所述脉冲生成单元用于生成读脉冲，并在所述存储器阵列的输入随机比特流以及权重随机比特流施加完毕后，向所述存储器阵列的各行均施加所述读脉冲；所述输出提取单元用于逐列开启所述存储器阵列，并基于基尔霍夫定律得到所述存储器阵列的各列的电流累加结果作为所述预设输入向量与所述预设权重矩阵的乘加输出结果。5.如权利要求1至4中任意一项所述的随机矩阵向量乘加运算系统，其特征在于，所述存储器阵列为具有非易失特性和多值缓变特性的存储器阵列或1T1R结构忆阻器阵列。6.如权利要求5所述的随机矩阵向量乘加运算系统，其特征在于，所述存储器阵列中的存储器件包括RRAM、PCM、MRAM、FeRAM、FeFET、Nor Flash中的至少一种；其中，所述RRAM中的阻变层的材料采用具有非...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡一茂，秦雅博，王宗巍，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：