【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及模拟处理领域，特别涉及一种高能效cmos模拟退火伊辛芯片。
技术介绍
1、组合优化广泛存在于社会生活和工业生产中，例如芯片制造、深度学习等领域均存在此类问题。然而求解组合优化问题常常是非确定性多项式时间难的，当组合优化问题规模增大时，其需要的计算资源将呈指数增长。例如对于一种典型的组合优化问题——背包问题求解时，n个背包需要穷举计算2n种可能，在大规模求解时所需的计算资源和计算延迟将不可接受。
2、基于伊辛模型的启发式退火算法被认为是解决大规模组合优化问题的一种有效方法。伊辛模型是描述铁磁系统相变的物理模型，通过将现实的组合优化问题映射到伊辛模型中，利用自旋状态的自然退火过程寻找到一组自旋状态的能量最低态可以得到组合优化问题的近似最优解。基于不同原理设计的伊辛机目前已经有了一些初步的应用，其中首个基于量子比特技术的商用退火处理器d-wave已经具备解决组合优化问题的能力，然而该处理器需要工作在15mk的极低温下，并且量子计算的相关技术尚不成熟极大限制了该处理器的广泛应用。除此之外还有基于光学振荡器实现的相干伊辛机，然而该伊辛机需要较大尺寸的光学器件支持，限制了其使用的灵活性。基于cmos工艺的伊辛退火芯片具备常温下工作，可拓展性强的特点，因此得到了广泛的研究。然而，如何获得高并行度、高能效的cmos伊辛芯片成为关键。
技术实现思路
1、鉴于上述状况，本专利技术的主要目的是为了提出一种高能效cmos模拟退火伊辛芯片，以解决上述技术问题。
2、本专
3、与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：
4、1、本专利技术每个相邻处理单元之间通过自旋状态接口相互连接，保证系统整体王图连接关系的完整性。由于使用了全数字的设计方式，无需模拟信号的转换和处理，因此本专利技术可以在较宽的电源电压下工作，同时多个处理单元顶层拼接的设计方式使得该处理器可以灵活适应不同规模的组合优化问题的求解需求。
5、2、本专利技术耦合系数存储计算单元为增加4个pmos的10t sram单元，进而可以减小高电平传输的阈值损失。
6、3、本专利技术存内计算阵列采用同或计算的近似计算方法，其同或逻辑运算直接在存内计算阵列中的耦合系数存储计算单元中实现，从而打破传统冯诺依曼架构的“存储墙”瓶颈。
7、4、本专利技术采用耦合系数复用策略，通过将对于左右以及左(右)斜角耦合系数阵列使用奇偶分组复用策略，对于上下耦合系数阵列使用同或判断复用策略，以提高耦合系数的存储利用率。
8、本专利技术的附加方面与优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实施例了解到。
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1.一种高能效CMOS模拟退火伊辛芯片，其特征在于，包括处理器核心、分别与处理器核心连接用于数据的读取和写入的SRAM外围读写驱动电路以及用于读取白旋态量子比特信息的白旋状态读出电路，处理器核心包括有若干处理单元，若干处理单元采用王图的方式进行布局，相邻的处理单元采用顶层拼接的方式进行连接。
2.根据权利要求1所述的一种高能效CMOS模拟退火伊辛芯片，其特征在于，王图的布局方式包括有左右、上下、左斜角、右斜角以及本地磁耦合强度五种连接关系。
3.根据权利要求2所述的一种高能效CMOS模拟退火伊辛芯片，其特征在于，相邻的处理单元之间通过白旋状态接口连接。
4.根据权利要求3所述的一种高能效CMOS模拟退火伊辛芯片，其特征在于，处理单元包括有用于同或计算的近似计算的存内计算阵列、用于对存内计算的同或结果进行带权重的加法运算的稀疏感知加法树电路、用于求解优化问题的模拟退火电路以及用于接收输入数据和指令外围控制电路，存内计算阵列包括有五个耦合系数阵列，每个耦合系数阵列内均设有耦合系数存储计算单元，五种连接关系耦合系数的二进制补码分别储存于五个耦合系数阵
5.根据权利要求4所述的一种高能效CMOS模拟退火伊辛芯片，其特征在于，若干用于储存左右及其斜角耦合系数的耦合系数阵列采用奇偶分组复用策略，若干用于储存上下耦合系数的耦合系数阵列采用同或判断复用策略。
6.根据权利要求5所述的一种高能效CMOS模拟退火伊辛芯片，其特征在于，耦合系数存储计算单元包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管和第四NMOS管。
7.根据权利要求6所述的一种高能效CMOS模拟退火伊辛芯片，其特征在于，第三PMOS管漏极通过读位线连接第四PMOS管漏极；
8.根据权利要求7所述的一种高能效CMOS模拟退火伊辛芯片，其特征在于，还包括有用于驱动稀疏感知加法树电路开关的加法树控制电路，加法树控制电路包括四输入与门、四输入或非门、二输入与门、二输入或门和解码器，其中四输入与门为两个，并且为全正判断电路，四输入或非门为两个，并且为全负判断电路；
9.根据权利要求8所述的一种高能效CMOS模拟退火伊辛芯片，其特征在于，四输入与门为全正判断电路，四输入或非门为全负判断电路，当王图的8个连接方向的同或结果的符号位不相同时开启稀疏感知加法树电路，利用加法树对存内计算的同或结果进行带权重的加法运算，再将运算结果通过译码电路给出最终的哈密顿量符号结果，当8个连接方向的符号位相同时，直接由译码电路给出最终的哈密顿量符号结果。
10.根据权利要求9所述的一种高能效CMOS模拟退火伊辛芯片，其特征在于，模拟退火电路包括用于根据输入信息决定是否翻转白旋状态的非线性概率翻转函数近似电路、用于存储和更新自旋状态的白旋状态寄存器阵列、用于生成随机数的随机数生成器和用于选择不同的信号路径的多路选择器，存内计算的同或结果经过稀疏感知加法树电路计算后，将计算结果输入随机数生成器，以生成的[0，1]分布近似为1/2的随机数序列，非线性概率翻转函数近似电路为表决器，将随机数序列中为正的次高两位进行取反操作之后再送入表决器进行投票，将投票结果送入多路选择器进行计算，以得到最终计算结果，将最终计算结果存入白旋状态寄存器阵列中。
...【技术特征摘要】
1.一种高能效cmos模拟退火伊辛芯片，其特征在于，包括处理器核心、分别与处理器核心连接用于数据的读取和写入的sram外围读写驱动电路以及用于读取白旋态量子比特信息的白旋状态读出电路，处理器核心包括有若干处理单元，若干处理单元采用王图的方式进行布局，相邻的处理单元采用顶层拼接的方式进行连接。
2.根据权利要求1所述的一种高能效cmos模拟退火伊辛芯片，其特征在于，王图的布局方式包括有左右、上下、左斜角、右斜角以及本地磁耦合强度五种连接关系。
3.根据权利要求2所述的一种高能效cmos模拟退火伊辛芯片，其特征在于，相邻的处理单元之间通过白旋状态接口连接。
4.根据权利要求3所述的一种高能效cmos模拟退火伊辛芯片，其特征在于，处理单元包括有用于同或计算的近似计算的存内计算阵列、用于对存内计算的同或结果进行带权重的加法运算的稀疏感知加法树电路、用于求解优化问题的模拟退火电路以及用于接收输入数据和指令外围控制电路，存内计算阵列包括有五个耦合系数阵列，每个耦合系数阵列内均设有耦合系数存储计算单元，五种连接关系耦合系数的二进制补码分别储存于五个耦合系数阵列的耦合系数存储计算单元内，利用耦合系数存储计算单元对二进制补码进行同或计算。
5.根据权利要求4所述的一种高能效cmos模拟退火伊辛芯片，其特征在于，若干用于储存左右及其斜角耦合系数的耦合系数阵列采用奇偶分组复用策略，若干用于储存上下耦合系数的耦合系数阵列采用同或判断复用策略。
6.根据权利要求5所述的一种高能效cmos模拟退火伊辛芯片，其特征在于，耦合系数存储计算单元包括第一pmos管、第二pmos管、第三pmos管、第四pmos管、第五pmos管、第六pmos管...
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