[发明专利]一种数据位数转换电路及方法

说明书

本发明涉及一种数据位数转换电路，其中输入数据X₀和输出数据Y分别为m和n位二进制整数，且m大于n，其中所述n个计算单元中的第i个计算单元包括下列部件，其中1≤i≤n：移位器，其被配置为将转换因子CE向右移位i位，其中CE≤2^m‑1；多路复用器，其第一输入端输入输入数据X_i‑1并且与减法器的第一输入端连接，其第二输入端与减法器的差值输出端连接，所述多路复用器的控制输入端与减法器的符号输出端连接，并且其选择输出端输出输入数据X_i；以及减法器，其第二输入端与移位器的输出端连接，其符号输出端输出输出数据Y的第n‑i位。本发明还涉及一种用于数据位数转换方法。通过本发明，可以以任意的转换因子CE对输入数据进行高精度的位数转换。

技术领域

本发明总的来说涉及集成电路领域，具体而言，涉及一种数据位数转换电路。此外，本发明还涉及一种用于转换输入数据的位数的方法。

背景技术

在数据处理时，在一些对处理精度要求不高的场合，需要对输入数据的位数进行变换、尤其是降低输入数据的位数以降低计算开销。例如，在神经网络中，每一层(如输入层、隐藏层和输出层)的结果为多个神经单元的乘积结果之和，这就造成每一层的输出结果的位数与输入位数升高，因此必须进行数据位数降低。例如每一层的输入数据为8位二进制数，但是经过乘加运算以后，输出结果变为16位，此时必须将输出结果的位数降为8位，才能参与下一层的计算。另外，在存算一体的存储器中，在执行循环计算时，不同列的计算结果输入和输出的精度有可能不同，因此需要进行量化操作、即输入数据位数转换来统一输入输出精度，以便于后续的操作。

现有的输入数据位数转(m位量化后降为n位)例如包括下列几种方案：

1.直接进行移位：优点是电路简单，缺点是精度较低，这是因为诸如存内计算、神经网络之类的应用领域中的输入数据的最大可能值通常情况不是2^m-1，因此如果直接移位(即移除最后m-n位)至2ⁿ-1个值，则结果无法与整除对应，由此造成输出结果精度大大降低，而且也不能按任意因子进行位数转换。

2.在片上直接植入传统的基于浮点数的量化电路：优点是片上集成度高，运算速度快，缺点是实现复杂，高功耗。专用硬件的实现需要用浮点计算单元，此种设计具有面积大，功耗高的缺点。例如存内计算处理器往往用于高能效低功耗的落地场景，传统的基于浮点数的量化的高功耗并不适用于高并行度(需要很巨大次数量化计算同时进行)的存内计算处理器中。

3.在片外(如存储器外)的处理器中进行基于浮点数的量化降位数计算：优点是，可通过软件对处理器进行编程来实现所述计算，从而降低硬件成本，缺点是实现复杂和超高延时，因为该方案不利用专用电路而是将存内计算的全部结果送到额外的外置处理器中进行基于浮点数的量化计算，除去消耗更大的带宽去传输数据以外(数据流为m位，而转换后仅需n位)，每次结果都还需要经过外置处理器进行计算，由此带来相当大的额外的延时。

目前需要一种简单、低成本、高精度的数据位数降低或量化方案。

发明内容

从现有技术出发，本发明的任务是提供一种数据位数转换电路及方法，通过所述转换电路和/或方法，可以以任意的转换因子CE对输入数据进行高精度的位数转换，其中通过转换因子CE可以对转换结果进行缩放。

在本发明的第一方面，该任务通过一种数据位数转换电路来解决，其中所述电路的输入数据X₀为m位二进制整数，并且所述电路的输出数据Y为n位二进制整数，m和n均为自然数，且mn，该电路包括n个计算单元，其中所述n个计算单元中的第i个计算单元包括下列部件，其中i为整数且1≤i≤n：

移位器，其被配置为将转换因子CE向右移位i位，其中CE为整数且CE≤2^m-1；；