[发明专利]一种智能处理器

说明书

本发明涉及神经网络领域，尤其涉及一种智能处理器，旨在解决现有智能处理器无法在精度、计算速度、功耗等方面同时进行兼顾的问题。本发明包括：控制单元，用于控制处理器的基本操作和数据流向；图像采集电路，用于采集图像信息的模拟值；权重存储器，用于存储与模拟值的激活值一一对应的二值权重值；多个卷积运算电路，用于对输入的模拟值和二值权重值进行多次卷积运算，得到输出模拟量；输出电路，用于输出模拟量的数字量。本发明通过将图像采集电路得到的数据信息的模拟量直接传输给卷积运算电路，并一直以模拟量的形式参与运算，消除数据存取操作所耗费的时间和能量，提高精度的同时降低了功耗。

技术领域

本发明涉及神经网络领域，尤其涉及一种智能处理器。

背景技术

目前，智能处理器多采用数字信号模拟生物神经元计算，存在计算性能差、面积大、功耗高的缺点。采用数模混合电路模拟生物神经元计算，可以提高计算性能、降低芯片面积和功耗，但其硬件实现多是针对一些要求比较低的条件，如输入图片尺寸小，网络规模小，计算量小等。硬件电路设计大多针对激活值和权重值都为二值化的网络，较大的损失了网络的精度。此外，激活值和权重值一直以数字量参与运算，而卷积运算得到的结果为模拟量，因此，多个卷积层的超大规模卷积运算电路需要使用大量AD转换电路，占用较大的芯片面积，且数据的存取操作需要耗费大量的时间和能量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，即现有智能处理器无法在精度、计算速度、功耗和面积等方面同时进行兼顾的问题，提供一种智能处理器，将采集到的图像信息的模拟量直接传输给神经元电路，多个3D堆叠的卷积运算电路对模拟输入值进行卷积运算直接得到最终输出结果，该处理器几乎不会降低网络精度，可以并行处理大量数据，速度快，功耗低，硬件电路结构简单。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种智能处理器，包括：控制单元、图像采集电路、多个卷积运算电路、权重存储器及输出电路，其中，

所述控制单元，用于控制处理器的基本操作和数据流向；

所述图像采集电路，用于采集图像信息的模拟值；

所述权重存储器，用于存储与模拟量的激活值一一对应的二值权重值；

多个所述卷积运算电路，用于对输入的模拟值和二值权重值进行多次卷积运算，得到输出模拟量；

所述输出电路，用于输出所述输出模拟量的数字量。

在一些优先的实施例中，所述图像采集电路、多个所述卷积运算电路和所述输出电路依次连接形成3D堆叠结构，其中，所述图像采集电路与第一个卷积运算电路采用互连线连接，多个卷积运算电路之间以及最后一个卷积运算电路和输出电路之间采用开关电容阵列的极板互联。

在一些优先的实施例中，所述开关电容阵列的上极板位于上层电路的背部，下极板位于下层电路的顶部，上下两个极板之间填充介质材料，使相邻的两层电路互联。

在一些优先的实施例中，多个所述卷积运算电路为M个卷积运算电路，其中，第一个卷积运算电路，用于对输入的模拟值和与其对应的二值权重值进行卷积运算，得到第一模拟量；

第j个卷积运算电路，用于对第j-1次卷积操作得到的模拟量和与模拟值对应的二值权重值进行卷积运算，得到相应的第j模拟量，直至j＝M时输出第M模拟量至所述输出电路，其中，j＝2，3，…M。

在一些优先的实施例中，所述输出电路包括A/D转换电路，用于将得到的所述输出模拟量转换为数字量。

在一些优先的实施例中，每个所述卷积运算电路包括开关电容神经元电路，用于对输入的模拟量和二值权重值进行卷积运算。

在一些优先的实施例中，所述开关电容神经元电路包括：开关电容阵列、偏置电路和运算放大器，其中，