[发明专利]一种用于存内计算的数据复用运算电路及方法

说明书

本发明公开了一种用于存内计算的数据复用运算电路及方法，针对含大量重复数据的矩阵，本发明只存储矩阵的最小重复单元，并设计了与之相应的数据复用运算电路及方法，其中，数据复用运算电路包括存储阵列、主处理器、片上缓存、地址译码器、多路复用器和读写控制电路；数据复用运算方法用于矩阵和向量的乘法操作，具体包括：查找矩阵的最小重复单元并存入存储阵列，将向量转换为模拟电压信号施加在存储阵列上，完成单个运算子周期内的运算操作，将所有运算子周期的运算结果重组为最终运算结果。本发明可将多个最小重复单元存入存储阵列进行矩阵向量乘法运算，因此可根据不同的计算场景设计存入存储阵列的最小重复单元的数量。

技术领域

本发明属于微电子器件及电路领域，更具体地，涉及一种用于存内计算的数据复用运算电路及方法。

背景技术

在科学与工程计算中经常会出现一些特殊的矩阵，是由某个或某几个最小的子矩阵或向量或元素重复排列组合而成；整个矩阵包含大量的重复数据，是一种较为特殊的稀疏矩阵，但是又较为常见，例如偏微分方程的矩阵算子、沃尔什-哈达马矩阵等；当对这类矩阵进行运算操作时，需要将所有的重复数据进行存储，这就浪费了大量的存储空间，降低了存储效率。

存内计算是在内存中完成部分计算，在处理器中完成部分计算。相较于内存计算将计算所需的所有数据放入到内存中，所有计算由处理器完成，存内计算降低了数据在内存与高速缓存，高速缓存与CPU之间移动的能耗，提高了内存计算系统的性能。

存内计算通常需要将同一数据存储在不同的非易失内存中，由于非易失内存的非一致性，导致同一个数据在不同的非易失内存中的存储状态出现一定的偏差，在计算过程中，这些偏差有时会带来致命的影响，直接导致计算结果的错误，同时增加不必要的能耗和计算延时。

数据复用是指同一数据在计算中可能会重复用到，为了达到更少的数据搬运，一般会复用这个数据。针对包含大量的重复信息的稀疏矩阵，可使用数据复用技术进行运算操作以提高存储效率。但是当前还没有文献针对存内计算架构为这类特殊的矩阵设计特定的数据复用运算电路和运算方法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于存内计算的数据复用运算电路及方法，旨在解决存内计算架构中含大量重复数据的矩阵存储效率低、计算可靠性差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种存内计算的数据复用运算电路，包括存储阵列、主处理器、片上缓存、地址译码器、多路复用器和读写控制电路；所述多路复用器包括第一多路复用器和第二多路复用器；所述读写控制电路包括第一读写控制电路和第二读写控制电路；其特征在于，

主处理器分别与第一读写控制电路和片上缓存相连接；

片上缓存分别与主处理器、第一读写控制电路、第二读写控制电路和地址译码器相连接；

第一多路复用器的选择信号端与地址译码器相连接，输入信号端与第一读写控制电路相连接，输出信号端与存储阵列的位线相连接；

第二多路复用器的选择信号端与地址译码器相连接，输入信号端与存储阵列的字线相连接，输出信号端与第二读写控制电路相连接。

优选地，所述存储阵列的阵列结构为十字交叉杆阵列、单晶体管-单器件阵列、单晶体管-多器件阵列、多晶体管-多器件阵列或三维堆叠结构。

优选地，所述存储阵列中的存储器为忆阻器、阻变存储器、相变存储器、自选转移力矩-磁随机存储器、NOR Flash器件或NAND Flash器件。

优选地，所述读写控制电路包括读写电路、数模转换器、模数转换器；读写电路与存储阵列的列线和行线相连接；数模转换器的输入端与主处理器相连接，输出端与第一多路复用器的输入端相连接；模数转换器的输入端连接存储阵列，输出端接入第二多路复用器的输入端。