[发明专利]一种基于脉动阵列的卷积运算装置

权利要求书

1.一种基于脉动阵列的卷积运算装置，其特征在于，用于对待卷积矩阵X与卷积核矩阵H进行卷积计算以获取卷积结果矩阵P，包括待卷积矩阵获取装置、第一卷积矩阵控制器、第二卷积矩阵控制器和脉动阵列，其中所述脉动阵列包括m行n列个乘加器单元，n值与所述卷积核矩阵H的列数相同，m值与所述卷积核矩阵H行数相同；

所述待卷积矩阵获取装置用于将所述待卷积矩阵X与卷积核矩阵H中一个矩阵作为第一卷积矩阵发送给所述第一卷积矩阵控制器，另一个矩阵作为第二卷积矩阵发送给所述第二卷积矩阵控制器；

所述第一卷积矩阵控制器用于获取所述第一卷积矩阵的全部非零元素并依次广播输入给所述脉动阵列；

所述第二卷积矩阵控制器用于将所述第二卷积矩阵按卷积顺序依次将m行n列个元素分别输入到所述脉动阵列的每个所述乘加器单元；

所述脉动阵列用于依据获取的所述第一卷积矩阵和所述第二卷积矩阵的元素获取卷积结果矩阵P的元素。

2.如权利要求1所述的卷积运算装置，其特征在于，所述待卷积矩阵获取装置用于依据所述待卷积矩阵X和卷积核矩阵H的稀疏度确定所述待卷积矩阵X和卷积核矩阵H中一个矩阵为所述第一卷积矩阵，另一个矩阵为所述第二卷积矩阵；

其中，当所述待卷积矩阵X的稀疏度大于所述卷积核矩阵H的稀疏度，则将所述待卷积矩阵X作为所述第一卷积矩阵，将所述卷积核矩阵H作为所述第二卷积矩阵；

反之，则将所述待卷积矩阵X作为所述第二卷积矩阵，将所述卷积核矩阵H作为所述第一卷积矩阵。

3.如权利要求1所述的卷积运算装置，其特征在于，所述乘加器单元包括乘法器、加法器和寄存器；所述乘法器用于对所述乘加器单元获取的所述第一卷积矩阵的元素和所述第二卷积矩阵的元素求积，所述加法器用对所述寄存器存储的值与所述乘法器获取的积求和，并将所述和存储在所述寄存器中。

4.如权利要求3所述的卷积运算装置，其特征在于，所述第一卷积矩阵控制器用于获取所述第一卷积矩阵的全部非零元素并依次广播输入给脉动阵列，包括：

所述第一卷积矩阵控制器获取所述第一卷积矩阵的稀疏阵列，其中，所述稀疏阵列包括k个稀疏矩阵，k值与所述第一卷积矩阵的行数相同，每个所述稀疏矩阵的元素分别包括所述第一卷积矩阵一行的非零元素；

所述第一卷积矩阵控制器按所述第一卷积矩阵行的先后顺序将k个所述稀疏矩阵的元素依次广播输入给所述脉动阵列。

5.如权利要求4所述的卷积运算装置，其特征在于，当所述待卷积矩阵获取装置将所述卷积核矩阵H为所述第二卷积矩阵时，所述第二卷积矩阵控制器按所述第二卷积矩阵的元素的行和列位置分别发送给所述脉动阵列所对应行和列位置的所述乘加器单元。

6.如权利要求5所述的卷积运算装置，其特征在于，所述脉动阵列用于依据获取的所述第一卷积矩阵和所述第二卷积矩阵的元素获取卷积结果矩阵P的元素，包括：

所述脉动阵列先获取所述第二卷积矩阵的元素，每个时钟周期再获取一个所述稀疏矩阵的一个元素；

当所述脉动阵列获取一个所述稀疏矩阵的元素时，每个所述乘加器单元将所述寄存器的值按先行后列的顺序依次移存到该乘加器单元后第h个乘加器单元的寄存器当中；其中，h为当前输入所述脉动 阵列的所述稀疏矩阵的元素列序号与前一个输入的所述稀疏矩阵的元素列序号求得的差与3比较取最大值；

每个所述乘加器单元的乘法器对获取的所述稀疏矩阵的元素和所述第二卷积矩阵的元素求积，所述乘加器单元的加法器对所述寄存器存储的值与所述乘法器获取的积求和，并将获取的所述和存储在所述乘加器单元的寄存器中；

当所述乘加器单元的寄存器中存储的值移出所述脉动阵列时，将该值作为所述卷积结果矩阵P的元素输出。

7.如权利要求6所述的卷积运算装置，其特征在于，所述脉动阵列用于依据获取的所述第一卷积矩阵和所述第二卷积矩阵的元素获取卷积结果矩阵P的元素，还包括：

当所述脉动阵列依次获取一个所述稀疏矩阵的所有元素时，所述脉动阵列完成一个计算周期，所述脉动阵列完成k+1个计算周期时结束卷积运算。