[发明专利]一种用于执行神经网络计算的脉动阵列系统

权利要求书

1.一种用于执行神经网络计算的脉动阵列系统，提供有输入矩阵，所述输入矩阵包括权值矩阵和神经元数据矩阵，所述脉动阵列系统包括脉动阵列单元、存储阵列、运算单元和控制单元，所述脉动阵列单元由若干结构相同的处理单元构成二维矩阵形式，每个处理单元至少包括一个内置的运算器和两个内置的寄存器，每个处理单元在所述脉动阵列单元的行方向上和列方向上与相邻的处理单元耦合，每个处理单元接收控制单元指令，并使用所述运算器对接收到的所述输入矩阵元素执行相关运算得到结果矩阵，每个处理单元还使用所述寄存器将接收到的所述输入矩阵的元素或所述结果矩阵的元素沿对应矩阵的传动方向传递给下一个处理单元，所述运算单元由处理单元中的运算器耦合而成；

其特征在于，所述存储阵列包括转置权值矩阵存储阵列，所述转置权值矩阵存储阵列设有输入端阵列，所述转置权值矩阵存储阵列的输入端阵列为第一输入端阵列，所述第一输入端阵列与所述脉动阵列单元中由处理单元耦合而成的一条外边缘相连接，与所述第一输入端阵列相连的所述脉动阵列单元外边缘与所述输入矩阵的传入方向平行；

所述存储阵列还包括神经元数据矩阵存储阵列，所述神经元数据矩阵存储阵列的输入端阵列为第二输入端阵列，第二输入端阵列与脉动阵列单元中由处理单元耦合而成的一条外边缘相连接，所述脉动阵列单元中与所述第一输入端阵列和所述第二输入端阵列连接处的两条外边缘相邻或平行；

所述存储阵列用于接收外部传入脉动阵列单元的所述输入矩阵，并按照先进先出规则将其输出到所述运算单元进行运算得到所述结果矩阵。

2.根据权利要求1所述的脉动阵列系统，其特征在于，向所述脉动阵列系统中传入的所述输入矩阵呈平行四边形排布，所述平行四边形矩阵中与脉动阵列单元侧边缘平行的一组对边作为平行边，所述平行边中最先传入脉动阵列单元的一条为前锋平行边，另一组对边作为斜边，所述斜边中最先传入脉动阵列单元的一条为前锋斜边。

3.根据权利要求2所述的脉动阵列系统，其特征在于，所述脉动阵列单元还包括载入网络，所述载入网络由搭载了载入网络单元的所述处理单元耦合而成，所述载入网络单元至少包括一个权值矩阵转置选择器和一个神经元数据传送选择器，所述载入网络用于将所述输入矩阵加载到所述脉动阵列单元并储存到相应存储阵列中。

4.根据权利要求3所述的脉动阵列系统，其特征在于，所述存储阵列还包括权值矩阵存储阵列，所述权值矩阵存储阵列设有输入端阵列，所述权值矩阵存储阵列的输入端阵列为第三输入端阵列，所述第三输入端阵列与所述脉动阵列单元中由处理单元耦合而成的一条外边缘相连接，所述脉动阵列单元中所述第一输入端阵列和所述第三输入端阵列连接处的两条外边缘相邻；

所述载入网络用于接收外部传入的权值矩阵时，控制单元控制所述权值矩阵沿传入方向进入所述载入网络并以此为第一方向流动，所述权值矩阵控制信号与所述权值矩阵同步传入所述脉动阵列单元，当所述权重矩阵的所述前锋斜边流动到与所述脉动阵列单元的一条对角线重合的位置时，所述控制单元根据所述权值矩阵控制信号进行如下操作：

若接收到的所述权值矩阵控制信号为矩阵无需转置信号，所述控制单元则控制所述权值矩阵继续沿第一方向流动，最终进入所述权值矩阵存储阵列；

若接收到的所述权值矩阵控制信号为矩阵转置控制信号，所述控制单元则将所述权值矩阵流动方向转到正交于第一方向并以所述转置权值矩阵存储阵列为终点的第二方向，然后沿此方向继续流动，直至进入所述转置权值矩阵存储阵列。

5.根据权利要求2所述的脉动阵列系统，其特征在于，所述脉动阵列单元还包括传动运算网络，所述传动运算网络由搭载了传动运算网络单元的所述处理单元耦合而成，所述运算网络单元至少包括一个权值矩阵数据选择器、一个乘加器、一个部分结果加法器、一个神经元数据流水寄存器、一个部分结果寄存器，所述传动运算网络在控制单元的控制下接收所述权值矩阵或所述转置权值矩阵中的任意一个，并接收神经元数据矩阵，接收后将上述两矩阵流动至所述处理单元中进行运算，最后将计算出的所述结果矩阵经所述传动运算网络传出所述脉动阵列单元。