[发明专利]一种Winograd卷积运算加速方法及加速模块

权利要求书

1.一种Winograd卷积运算加速方法，其特征在于，包括：

对于非3×3形状的卷积运算，使用基于步长的卷积核拆分方法将输入矩阵拆分或者填充为4×4的输入矩阵，将卷积核矩阵拆分或者填充为3×3的卷积核矩阵；

使用卷积核转换矩阵和输入矩阵转换矩阵B^T对3×3的卷积核矩阵和4×4的输入矩阵分别进行Winograd变换，得到变换后的卷积核矩阵U和输入矩阵V；

对变换后的卷积核矩阵U中的元素按照比特级精度进行权重拆分，通过累加运算和移位运算得到矩阵Z；

对矩阵Z进行Winograd变换，获得卷积运算的输出矩阵Y；

矩阵Z中的每个元素z的计算公式如下：

（14）

（15）

（16）

（17）

（18）

（19）

（20）

（21）

输出矩阵Y中的每个元素y的计算公式如下：

（22）

（23）

（24）

（25）

其中，；表示该值为中的第q个比特位上的数值；表示该元素处于转换后的卷积核矩阵U中的位置，v=1,2,3,4；为转换后的输入矩阵V中的元素。

2. 根据权利要求1所述的Winograd卷积运算加速方法，其特征在于，对于Winograd F(2×2,3×3)，输入矩阵转换矩阵的值如下：

（2）

转换后的输入矩阵表示如下：

（6）。

3. 根据权利要求1所述的Winograd卷积运算加速方法，其特征在于，对于Winograd F(2×2,3×2)，卷积核转换矩阵的值如下：

（3）

转换后的卷积核矩阵表示如下：

（5）。

4.根据权利要求1所述的Winograd卷积运算加速方法，其特征在于，对变换后的卷积核矩阵U中的元素按照比特级精度进行权重拆分，通过累加运算和移位运算得到矩阵Z具体是：

步骤1，假设转换后的卷积核矩阵U是量化的定点格式，保持在10-bit精度，对于转换后的卷积核矩阵U中的每一个权重，遍历比较其每一个比特位，标记出所有的非零元素；根据所标记的、和，将对应的输入矩阵V中的赋给，未被标记处用0补上；

步骤2，将产生的元素根据q值的不同分类，分为10类，对于每一个q值，将被归予对应分类的所有，获得10个累加和acc_q；

步骤3，将每q值对应分类下的累加和acc_q乘以2^q，获得10个部分积partial_q；

步骤4，对10个部分积partial_q再次进行累加运算，以获得输出元素，组成矩阵Z；

步骤5，利用累加运算对矩阵Z进行变换，得到输出矩阵Y。

5.根据权利要求4所述的Winograd卷积运算加速方法，其特征在于，所有的累加运算采用进位保留加法算法完成。