[发明专利]基于非易失器件的通用逻辑综合方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于非易失器件的通用逻辑综合方法及装置，其中，该方法包括：获取基础逻辑门描述文件和电路描述文件，将基础逻辑门描述文件和电路描述文件输入开源电路综合工具中进行编译生成基础逻辑门网表文件；根据映射规则生成器和基础逻辑门描述文件生成逻辑门位置约束关系，以逻辑门位置约束关系、基础逻辑门网表文件和实际内存约束为约束条件，以最小延迟为优化目标，输入优化求解器进行优化，生成优化结果。该方法可以对任何非易失基本逻辑实现方案进行逻辑综合，在逻辑实现层面考虑物理内存限制及延时、能效优化，并进一步对逻辑综合工具的运行时间进行加速优化。

技术领域

本发明涉及存储器件的逻辑综合技术领域，特别涉及一种基于非易失器件的通用逻辑综合方法及装置。

背景技术

在全球数据量井喷式增长的今天，现有计算系统正遭遇“存储墙”的严峻挑战。基于冯诺依曼体系架构的传统计算系统中计算单元和存储单元物理分离，数据在两者之间频繁调动造成系统功耗和速度的严重损耗。阻变存储器又称忆阻器，是一种新兴的非易失存储器件，它能将存储和计算结合到一起。基于忆阻器的存算一体功能开展相关器件、电路、架构及算法的协同设计优化有助于实现高能效存算一体计算系统，推动我国在高能效计算领域的变革性技术发展。

基于忆阻器实现非易失逻辑运算是建立高能效存算一体计算系统的重要环节。目前，研究人员利用忆阻器及其交叉阵列(Crossbar)的物理和电路特性，设计了多种非易失的逻辑运算实现方案。例如基于二端忆阻器件的MAGIC、IMPLY、MAJ等方案和一些基于新型三端忆阻器件的逻辑实现方案。这些方案使用阻值或者电压表示输入和输出的逻辑变量，通过忆阻器的读写操作，直接在忆阻器阵列中进行执行逻辑运算，从而实现存算一体的计算架构。对于任何复杂逻辑，都可以转化为基础逻辑运算的组合，并用这些逻辑实现方案解决。

使用这些基本逻辑实现方案进行通用的逻辑运算，逻辑综合是至关重要的一步，它包括逻辑综合和映射流程两个步骤。逻辑综合解决把复杂逻辑转化为基本逻辑操作的任务，而数据映射则是将逻辑计算任务分配到具体的硬件资源上去。对于前者，基于忆阻器和CMOS的逻辑实现基本没有区别，目前相关技术已经比较成熟；而对于后者，由于Crossbar结构存在着许多物理上的限制，同时基本的逻辑实现方案也多种多样，各不相同，所以非易失逻辑运算的数据映射是一个十分复杂的问题。目前世界范围内对这一问题研究基础都比较少，属于全新的研究领域。

目前已经有一些非易失的逻辑综合方法，如Chakraborti、Marranghello等人提出了基于IMPLY的逻辑综合工具，Xie、Traiola等人提出了基于FBLC的逻辑综合工具。仍然存在着很多的问题：

(1)只能基于某一种逻辑实现方案。现在的非易失逻辑实现方案数量繁多，而不同逻辑实现方案的基本限制各不相同，这就使得现有的任何方法都无法被简单地推广到各种其他的逻辑实现方案中去，存在着很大的局限性；

(2)所考虑的限制较为简单，没有考虑到很多的实际情况。目前的大部分方法都没有考虑交叉阵列结构所带来的数据映射的物理限制，因而无法在非易失存储器上直接实现存算一体功能。而少数工作(如SimpleMAGIC)虽然考虑了交叉阵列的物理限制，却仍然与实际情况存在着较大的差距。例如，实际情况下阵列中有很多位置已经存储了数据，而这些数据都是不能被擦除的，因此任何逻辑运算都不能映射到这些位置上去。但是目前没有任何方法考虑到这一点；

(3)资源受限情况下表现不佳。以SimpleMAGIC为例，为了简化求解过程，它没有考虑到擦除复写和备份等操作，导致数据映射的物理限制变得十分严格，需要在很大规模的交叉阵列上才能获得可行解。然而对于较小的阵列，实际上是可以通过擦除、备份等操作减弱物理约束，从而获得可行解的，但是目前没有任何方法考虑了这些操作；