[发明专利]一种针对sigmoid函数的近似计算装置

说明书

本发明公开了一种针对sigmoid函数的近似计算装置，包括负数输入转换单元、常数乘法单元、移位单元、特殊值产生单元、进位保留加法器和负数结果转换单元。负数输入转换单元用于对输入的负值x取绝对值，并输出其绝对值的二进制原码；常数乘法单元计算1.4375×x的值并输出运算结果的整部部分k和小数部分p；移位单元用于对输入p进行移位操作；特殊值产生单元用于产生λ＝sigmoid(kln2)的近似值；进位保留加法器用于实现三个数的加法；负数结果转换单元实现输入x为负数时相应结果的转换功能。本发明的装置能够实现sigmoid函数的近似计算，在保持较高近似精度的同时，极大地降低运算延时、功耗及减小面积开销。

技术领域

本发明属于超大规模集成电路设计领域，尤其涉及一种针对sigmoid函数的近似计算装置。

背景技术

Sigmoid函数是一种广泛应用在数字信号处理和深度神经网络中的非线性函数。Sigmoid函数由于具有非线性的特点，很难在硬件上进行快速的实现并保持高拟合精度。以往出现了很多sigmoid函数拟合方法，但是这些方法需要较多的硬件资源开销，不利于硬件实现。

目前，分段线性拟合的近似方法在FPGA或VLSI实现中得到广泛使用。虽然该方法能够有较高的拟合精度，但是仍然需要使用查找表来存储分段函数的参数，并且需要使用延迟高、面积大的乘法器。因此该方法不仅需要较多的资源开销而且输出函数计算结果的延时较长。

如何用低延迟、高精度的方式设计sigmoid函数的硬件架构，对于采用sigmoid函数的高性能数字系统具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于克服现有sigmoid函数近似方法需要的硬件资源开销大、延时长的不足，提供一种针对sigmoid函数的高速、低功耗和省面积的计算装置。

本发明装置采用的技术方案如下：

一种针对sigmoid函数的近似计算装置，包括负数输入转换单元、常数乘法单元、移位单元、特殊值产生单元、进位保留加法器和负数结果转换单元；所述负数输入转换单元，用于在输入的自变量x0时，将自变量x变换到正数区间，其中，自变量x的取值范围为(-8，8)；所述常数乘法单元，用于计算负数输入转换单元的输出值a与ln2的近似值即1.4375的乘积，并输出乘积结果的整数部分k值与小数部分p值；其中，整数k表示自变量x处于区间(kln2，(k+1)ln2)，而小数p表示x-kln2的值；所述特殊值产生单元，用于根据由常数乘法单元输入的整数k值产生λ＝sigmoid(kln2)的近似值；所述移位单元，用于根据由常数乘法单元输入的整数k值将小数p的值进行两次移位，分别得到p1＝p×2^-m1和p2＝p×2^-m2两个值；其中m1、m2为正整数，表示对小数p进行右移的移位位数；所述进位保留加法器，用于计算λ+p1+p2的值，得到自变量x＞0时的sigmoid(x)的近似值，并输出给负数结果转换单元；其中，p1+p2用于近似计算sigmoid((k+1)ln2)-sigmoid(kln2)的值；所述负数结果转换单元，用于根据自变量x的符号位输出计算结果；当x0时，将sigmoid(-x)的值变换到相应的负数区间输出。

进一步地，所述负数输入转换单元，在自变量x0时通过半加器阵列计算x的补码，即将自变量x二进制值取反后加1，然后将补码结果作为输出值。

进一步地，所述常数乘法单元用于计算二进制a×1.0111的积，并通过“加加减”操作将二进制1.0111转换为二进制1+0.1-0.0001后进行计算。

进一步地，所述特殊值产生单元中，λ的值是根据整数k的各比特位的组合逻辑映射产生相应的λ的各比特位。