[发明专利]自共轭矩阵的下三角部分存储装置和并行读取方法

说明书

本发明实施例提供自共轭矩阵的下三角部分存储装置和并行读取方法，所述装置包括：存储模块选择电路，用于选择待存取的自共轭矩阵下三角部分各元素对应的存储模块；地址生成电路，用于计算待存取的自共轭矩阵下三角部分各元素在其对应的存储模块中的逻辑地址；并行的m个存储模块，用于存储待存取的自共轭矩阵下三角部分各元素所对应的数据；数据混洗模块，用于对从所述存储模块中读取出的数据进行混洗操作；取共轭模块，用于对经过混洗后的数据进行旁路操作和取共轭操作。本发明实施例只需对自共轭矩阵的下三角部分进行存储，并支持并行读取并恢复自共轭矩阵的任意行向量和列向量，能充分利用硬件的并行计算单元，提高矩阵运算算法效率。

技术领域

本发明实施例涉及矩阵运算技术领域，更具体地，涉及自共轭矩阵的下三角部分存储装置和并行读取方法。

背景技术

自共轭矩阵(Hermitian Matrix)是共轭对称的方阵，在数字信号处理领域有着广泛的使用。例如，许多信号检测算法需要利用实数自相关矩阵得到信号的二阶统计特征。自共轭矩阵的求解复杂度随着矩阵阶数增加而平方增加，为了减小计算复杂度，可以根据自共轭矩阵的复数共轭对称特性，只计算自共轭矩阵的下三角部分，自共轭矩阵的上三角部分可以根据复数共轭对称特性由下三角部分求出。并且如果能够合理的安排自共轭矩阵元素在存储器中的位置，使得在不影响数据并行存取需求的条件下，存储器只需要保存下三角部分元素的值，那么就可以节省接近一半的数据存储空间。

但是，自共轭矩阵运算，如自共轭矩阵乘法和自共轭矩阵与向量乘，通常需要并行读取自共轭矩阵的行向量或列向量。这些行列向量通常既包含下三角部分矩阵的元素又包含上三角部分矩阵的元素。对于只保存了下三角部分元素的自共轭矩阵，由于下三角矩阵无法包含需要读取的行列向量的全部元素，需要根据复数共轭对称特性对矩阵运算进行特殊的优化才能完成运算功能。现有技术给出了多种矩阵运算优化的方案，具体包括：中国专利CN107590106A公开了一种应用于对称矩阵与向量乘法的计算方法，利用矩阵分块和对角矩阵数据扩展的方法进行矩阵向量乘法；第二种方法是根据BLAS(Basic Linear AlgebraSubprograms)库中的自共轭矩阵乘法算法，从算法的最内层循环进行循环展开，并映射到硬件的并行处理单元上；第三种方法是将自共轭矩阵分解为上三角矩阵和根据共轭对称特性生成的下三角矩阵，分别进行矩阵乘法，再将结果矩阵相加。

以上方法均可以应用于自共轭矩阵运算。但是应用第一种方法将上(下)三角矩阵进行数据扩展成为自共轭矩阵的过程需要额外的数据搬移和时间开销。第二种方法通过对原始算法进行并行优化实现了矩阵运算，但是由于最内层循环的循环次数可变且通常较小，导致数据存取的并行度不高，从而降低了硬件利用效率和算法效率。第三种方法虽然有效地减少了计算复杂度，但是仍然受限于并行数据存取的速度，导致硬件利用率和算法的效率不高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的受限于三角矩阵的行列向量数据存取的并行度不高，导致硬件利用率和矩阵运算算法效率不高的问题，本发明实施例提供自共轭矩阵的下三角部分存储装置和并行读取方法。

根据本发明实施例的一个方面，提供一种自共轭矩阵的下三角部分存储装置，包括：

存储模块选择电路，用于确定待存取的自共轭矩阵下三角部分各元素对应的存储模块；

地址生成电路，用于计算所述待存取的自共轭矩阵下三角部分各元素在其对应的存储模块中的逻辑地址；

并行的m个存储模块，用于存储所述待存取的自共轭矩阵下三角部分各元素所对应的数据；

数据混洗模块，用于对从所述存储模块中读取出的数据进行混洗操作；

取共轭模块，用于对经过混洗后的数据进行旁路操作和取共轭操作；

其中，m为所述自共轭矩阵的下三角部分存储装置的硬件并行度。