[发明专利]一种基于Winograd算法的3D CNN加速方法及系统

权利要求书

1.一种基于Winograd算法的3D CNN加速方法，其特征在于实施步骤包括：

1)从输入特征图in中读取待变换的特征图子块Bin，从权值缓存w中读取卷积核子块Bw；

2)对特征图子块Bin以及卷积核子块Bw执行3D Winograd算法输出结果Tp¹；

3)对执行3D Winograd算法输出的结果Tp¹进行累加，并输出累加结果Sum；

4)判断是否输入特征图in中的所有输入特征图都读取完毕，如果尚未读取完毕，则跳转执行步骤1)；否则，跳转执行步骤5)；

5)将累加结果Sum写回输出特征图缓存Out；

步骤2)的详细步骤包括：

2.1)对大小为n×n×n的特征图子块Bin的每一个平面依次进行列变换、行变换，得到变换后的特征图子块Tin；对特征图子块Tin进行顺时针90旋转使得特征图子块Tin中各数据位置重排，得到旋转后的特征图子块Tin^R；针对旋转后的特征图子块Tin^R的每一个平面进行列变换得到变换后大小为n×n×n的特征图子块Tin¹；

2.2)对大小为r×r×r的卷积核子块Bw的每一个平面依次进行列变换、行变换，得到变换后的卷积核子块Tw；对卷积核子块Tw进行顺时针90旋转使得卷积核子块Tw中各数据位置重排，得到旋转后的卷积核子块Tw^R；针对旋转后的卷积核子块Tw^R的每一个平面进行列变换得到变换后的大小为n×n×n的卷积核子块Tw¹；

2.3)针对大小完全一致的特征图子块Tin¹和卷积核子块Tw¹进行点乘操作，得到大小为n×n×n的点乘操作结果P；

2.4)对大小为n×n×n的点乘操作结果P的每一个平面依次进行列变换、行变换，得到变换后的点乘操作结果Tp；对变换后的点乘操作结果Tp进行顺时针90旋转使得变换后的点乘操作结果Tp中各数据位置重排，得到旋转后的点乘操作结果Tp^R；针对旋转后的点乘操作结果Tp^R的每一个平面进行列变换得到大小为m×m×m的变换后点乘操作结果Tp¹，作为执行3D Winograd算法输出的结果Tp¹。

2.根据权利要求1所述的基于Winograd算法的3D CNN加速方法，其特征在于，步骤1)中从输入特征图in中读取待变换的特征图子块Bin时，采用Z、R、C、M、N五重循环遍历的方式读取待变换的特征图子块Bin，其中Z，R，C分别表示输出特征图的深度、高度以及宽度，M表示输出特征图的数目，N表示输入特征图的数目，且读取待变换的特征图子块Bin采用的载入函数的函数表达式如式(1)所示，从权值缓存w中读取卷积核子块Bw采用的载入函数的函数表达式如式(2)所示；

式(1)中，Bin[k][j][i]表示读取下标为k,j,i的特征图子块Bin，特征图子块Bin大小为n×n×n，dep,row,col分别表示某张特征图中所要读取子块的深度、高度以及宽度方向的索引值，in表示输入特征图in，S表示卷积窗口的滑动步长，r表示卷积核的维度，W表示输入特征图宽度；

Bw[k][j][i]＝w[m₀][n][k][j*r+i],0≤i,j,kr. (2)

式(2)中，Bw[k][j][i]表示读取下标为k,j,i的卷积核子块Bw，w表示权值缓存，m₀,n表示卷积核的索引，权值缓存w中一共有M组权值、每组N个卷积核，r表示卷积核的维度。