【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供一种基于模拟矩阵计算电路和传统数字计算硬件的混合计算方法，用于高精度计算矩阵求逆问题，具体涉及数字-模拟计算之间循环迭代的算法设计，和基于可变电阻器件阵列(如阻变存储器、相变存储器、磁存储器、铁电存储器等)的模拟矩阵计算电路设计，属于计算机科学(computer science)、半导体(semiconductor)和集成电路(integrated circuit)领域。
技术介绍
1、矩阵求逆计算在许多科学与工程领域得到应用，如无线通信中的信号处理等。相比于传统的数字计算方法，基于可变电阻阵列的模拟矩阵计算具有极快计算速度、极低计算复杂度的优势。通过构建反馈回路，模拟矩阵计算实现了一步求解线性方程组中的矩阵求逆问题。但是，单纯的模拟计算存在着精度上的限制。一方面，由于器件本身具有的随机性，可变电阻器件表现出的可分辨电导态数目有限，导致参与计算的矩阵元素精度较低。另一方面，由于模拟电路中的各种非理想因素，如运算放大器的有限增益，模数、数模转换的截断误差等，计算精度进一步受到限制。为了使模拟矩阵计算能够走向实际应用，必须突破模拟计算的精度瓶颈，在加速矩阵计算的同时，满足应用中的精度要求。
技术实现思路
1、为了实现高效、高精度的矩阵求逆计算，本专利技术提供一种基于可变电阻阵列的高精度计算矩阵求逆方法。该方法采用高精度数字计算与模拟计算矩阵求逆电路相耦合、循环迭代的方式，在保持模拟计算快速求解优势的同时，实现和全数字计算相同精度的矩阵求逆。
2、本专利技术具体
3、一种基于模拟矩阵计算的高精度矩阵求逆计算方法，其步骤包括：
4、1)基于可变电阻器件阵列构建模拟矩阵求逆电路，具体为，针对求解矩阵a和输入向量b的线性方程组，定义l为单个可变电阻器件的存储比特精度，低精度模拟矩阵(其中整数n用于确定小数点位置)，对al的矩阵元素进行一定的比例α缩放，根据一个参考电导值g0，将其映射到可变电阻阵列；
5、2)模拟计算和数字计算两个计算范畴之间循环迭代，每次迭代中，首先完成一步计算低精度矩阵求逆，然后通过数字计算完成高精度矩阵-向量乘法、向量加减法，具体步骤为：
6、2-1)模拟矩阵求逆电路对残差r(k)进行一定比例缩放，即d(k)＝β(k)r(k)，得到输出结果
7、
8、2-2)高精度数字计算单元还原求逆结果的补充解δx(k)＝δy(k)/β(k)，根据r(k+1)的取值范围和公式(1)、(2)，设置新的缩放比例β(k+1)对其进行缩放，即d(k+1)＝β(k+1)r(k+1)，求出第k+1次循环的求逆结果x(k+1)与残差r(k+1)；
9、x(k+1)＝x(k)+δx(k)， (1)
10、r(k+1)＝r(k)-aδx(k) (2)
11、2-3)步骤2-1)和步骤2-2)循环迭代，在第c次计算时，得到求逆结果x(c)与残差r(c)，并完成-log2||r(c)||>t的判断，其中‖·‖表示向量的l2范数，t为目标精度，若满足条件，则表示迭代收敛，达到求解的目标精度，停止迭代。设置最大迭代次数，循环次数达到最大迭代次数，停止迭代。
12、所述模拟矩阵求逆电路基于可变电阻器件阵列设计，用于一步完成矩阵求逆计算。该电路可为面向任意矩阵求逆计算的矩阵广义逆电路。所述可变电阻器件为阻变存储器、相变存储器、磁存储器、铁电存储器等。
13、所述模拟计算矩阵求逆电路中，可变电阻阵列存储原始矩阵的若干位最高有效位，实现低精度的求逆计算。相应地，可变电阻器件可能为多级存储器。
14、所述高精度数字计算单元范畴，实现方法可为传统数字计算单元，如中央处理器(cpu)、图形处理器(gpu)、现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)等，或新兴存内计算单元。其中，存储器存储全精度的原始矩阵。
15、本专利技术的高精度矩阵求逆计算方法适用于任意实数矩阵。
16、本专利技术的有益效果如下：
17、本专利技术提供了一种数字-模拟混合的矩阵求逆计算方法，在基于可变电阻阵列的模拟矩阵计算电路的基础上，通过与数字计算迭代的方式实现了高精度计算。相比于其它高精度矩阵求逆方法，该方法充分利用了模拟计算电路一步完成矩阵求逆计算的功能，具有更快的计算速度、更高的能效、更低的计算复杂度。该方法仅要求在可变电阻阵列中写入矩阵元素的有限个最高有效位(位数远小于计算结果的精度位数)，对存储器件性能要求较低，更有利于实际应用。
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1.一种高精度矩阵求逆计算方法，其特征在于，
2.如权利要求1所述的基于模拟矩阵计算的高精度矩阵求逆计算方法，其特征在于，设置最大迭代次数，循环次数达到最大迭代次数，停止迭代。
3.如权利要求1所述的基于模拟矩阵计算的高精度矩阵求逆计算方法，其特征在于，所述可变电阻器件为阻变存储器、相变存储器、磁存储器或铁电存储器。
4.如权利要求1所述的基于模拟矩阵计算的高精度矩阵求逆计算方法，其特征在于，所述可变电阻阵列为多级存储器，存储原始矩阵的若干位最高有效位。
5.如权利要求1所述的基于模拟矩阵计算的高精度矩阵求逆计算方法，其特征在于，所述高精度数字计算单元为中央处理器、图形处理器、现场可编程门阵列、专用集成电路，或新兴存内计算单元。
【技术特征摘要】
1.一种高精度矩阵求逆计算方法，其特征在于，
2.如权利要求1所述的基于模拟矩阵计算的高精度矩阵求逆计算方法，其特征在于，设置最大迭代次数，循环次数达到最大迭代次数，停止迭代。
3.如权利要求1所述的基于模拟矩阵计算的高精度矩阵求逆计算方法，其特征在于，所述可变电阻器件为阻变存储器、相变存储器、磁存储器或铁电存储器。...
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