[发明专利]一种用于伊辛芯片的局部搜索方法及电路

说明书

本发明公开一种用于伊辛芯片的局部搜索方法及电路，该方法步骤包括：S1.预先将由所需输入问题映射得到的伊辛模型系数分为多组，将得到的各分组伊辛模型系数进行求和运算后，得到多组系数求和数据；S2.将各组系数求和数据提供给伊辛芯片中各自旋计算节点，各自旋计算节点根据相连各自旋计算节点的自旋状态，使用各分组系数求和数据计算局部搜索项；该电路包括预分组求和模块、局部搜索模块。本发明具有实现方法简单、所需成本低、硬件开销小以及效率高等优点。

技术领域

本发明涉及伊辛芯片求解技术领域，尤其涉及一种用于伊辛芯片的局部搜索方法及电路。

背景技术

组合优化问题是一类常见问题，传统的冯诺依曼体系结构难以有效求解组合优化问题，伊辛芯片具有很好的并行计算能力，并且计算单元位于数据存储器旁，上述特点使得伊辛芯片能够高速、低功耗的求解组合优化问题。伊辛芯片的每个自旋计算节点包括存储单元和计算单元，存储单元用于存储伊辛模型的系数，包括与相连自旋计算节点的相互作用系数J_ij和外磁场作用系数h_i，计算单元用于计算迭代过程中的下一自旋状态。如图1所示，现有技术中使用伊辛芯片求解问题的过程是：首先，用软件算法将所求问题映射为伊辛模型系数J_ij和h_i；第二步，将系数加载到伊辛芯片的系数存储器中；然后，用伊辛计算单元并行寻找每个自旋的下一自旋状态，使得伊辛模型的系统能量逐渐收敛到最低能量；最后，读出最终状态的自旋值，即是原输入问题的解。

现有的伊辛芯片中每个计算节点计算下一自旋状态的逻辑是：首先，计算局部搜索项F，依据F的符号得到能够使伊辛模型局部能量降低的自旋状态σ’，然后依概率选择σ’或者－σ’作为下一自旋状态，用电路实现上述逻辑时，计算局部搜索项F的硬件开销占计算节点总开销的主要部分，计算局部搜索项。

对于伊辛芯片中任一自旋计算节点i，若有k个自旋计算节点与其有连接关系，计算第i个自旋计算节点的局部搜索项的公式是：

其中，自旋状态σ_j的取值是+1(表示自旋向上)或者﹣1(表示自旋向下)，S_i表示与第i个自旋计算节点有连接关系的自旋计算节点的角标集合。

现有的伊辛芯片中每一个自旋计算节点均需配置一个计算单元，且每个计算节点接入伊辛模型系数J_ij和h_i，再通过如图2所示的局部搜索硬件电路实现式(1)的计算以计算局部搜索项，该局部搜索电路中，首先，输入的J_ij与σ_j经过符号运算器得到J_ijσ_j(j＝1,2,…,k),符号运算的逻辑为：若σ_j＝+1，则J_ijσ_j＝J_j；若σ_j＝－1，则J_jσ_j＝－J_j；然后，J_jσj和h_i经过加法器阵列(加法器1至加法器l)两两相加，相加结果再经过多级加法器阵列，直到经过加法器p得到最后的求和结果，即得到局部搜索项F_i，如上述，该局部搜索电路中需要设置大量的加法器以实现计算，这会造成较大的硬件开销。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、所需成本低、硬件开销小的用于伊辛芯片的局部搜索方法及电路，能够减小伊辛芯片中局部搜索所需的硬件开销。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于伊辛芯片的局部搜索方法，步骤包括：

S1.预分组求和：预先将由所需输入问题映射得到的伊辛模型系数分为多组，将得到的各分组伊辛模型系数进行求和运算后，得到多组系数求和数据；