用于非精確計算的數(shù)?；旌闲盘柼幚硐到y(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及計算機及電子信息技術領域，特別涉及類腦運算、近似計算等數(shù)模混 合信號處理系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著信息時代的不斷發(fā)展，人們對計算復雜度和數(shù)據(jù)規(guī)模的需求呈爆發(fā)性增長， 而能耗則進而成為約束計算系統(tǒng)性能的一個重要瓶頸。然而，由于傳統(tǒng)CMOS技術的發(fā)展已 經(jīng)逼近其物理極限，當代的數(shù)字系統(tǒng)已經(jīng)越來越難從工藝上提高系統(tǒng)的能效。同時，在傳統(tǒng) 的馮諾依曼結構中，高性能CPU所需要的存儲帶寬也已經(jīng)逐漸超過了傳統(tǒng)存儲架構所能提 供的有效帶寬，進而產(chǎn)生了存儲與計算之間新的通信瓶頸。
[0003] 近年來，隨著新工藝的不斷產(chǎn)生，憶阻器等新型納米器件得到了該領域的廣泛關 注。該類納米器件不僅擁有很高的集成度，作為阻性器件，它們還能夠顯著提升計算系統(tǒng)的 能效。此外，由于其本身同時具有對歷史信息的記憶性，該類阻變性器件能夠同時承擔計算 與存儲的任務，具有真正融合計算與存儲的潛力，打破傳統(tǒng)馮諾依曼結構帶來的通信瓶頸， 從而進一步顯著提升系統(tǒng)的性能與能效。利用上述特性，近年來已有許多工作實現(xiàn)了基于 憶阻器陣列等新型器件的人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)與近似計算系統(tǒng)等基于非精確計算的數(shù)?；?合運算系統(tǒng)，在相同性能下獲得了高于CPU百倍以上的能效。同時，人工神經(jīng)網(wǎng)絡等類腦運 算系統(tǒng)被廣泛應用在網(wǎng)絡、醫(yī)療和金融等應用環(huán)境中，在準確度與能效上具有巨大的優(yōu)勢， 因此該類基于非精確計算的數(shù)?；旌线\算系統(tǒng)具有巨大的應用前景。
[0004] 在這類基于非精確計算的數(shù)?；旌线\算系統(tǒng)中，數(shù)字信號必須要經(jīng)過接口轉換成 某種形式的模擬信號，進而被帶入到憶阻器陣列等模擬信號處理模塊中運算。因而，該接口 是數(shù)?；旌闲盘栠\算系統(tǒng)中的關鍵部分。在現(xiàn)有的設計中，該接口通常使用傳統(tǒng)的數(shù)-模/ 模-數(shù)轉換電路實現(xiàn)。然而，相比于具有高集成度與高能效的憶阻器陣列等模擬運算電路， 這些數(shù)-模/模-數(shù)轉換電路不僅占用了大量的面積，也消耗了遠多于模擬電路的能源。實 驗數(shù)據(jù)顯示，數(shù)-模/模-數(shù)轉換電路在占用的面積和能耗在整個系統(tǒng)中能夠達到85%以 上，這使得基于非精確計算的數(shù)?；旌闲盘柼幚硐到y(tǒng)在能耗與面積方面的優(yōu)勢和潛力被浪 費了，進而限制了該類系統(tǒng)的進一步發(fā)展。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明旨在至少解決上述技術問題之一。
[0006] 為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種用于提高基于非精確計算的數(shù)?；旌闲盘?處理系統(tǒng)的能效與集成度且非精確計算的數(shù)?；旌闲盘柼幚硐到y(tǒng)。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面的實施例公開了一種用于非精確計算的數(shù) ?；旌闲盘柼幚硐到y(tǒng)，包括：輸入模塊，用于將A路B比特的數(shù)字輸入信號拆解為A*B個單 比特的高低電平信號，將所述高低電平信號作為模擬輸入信號發(fā)送給信號處理模塊，其中A 和B均為自然數(shù)，所述模擬輸入信號代表一個二進制數(shù)值；信號處理模塊，對所述模擬輸入 信號進行計算得到C路的模擬輸出信號，并將所述模擬輸出信號發(fā)送給輸出模塊，其中C為 自然數(shù)；以及輸出模塊，用于將所述C路的模擬輸出信號轉化為D個高低電平信號，所述D 個高低電平信號作為E路F比特的數(shù)字信號輸出，其中C、D、E和F均為自然數(shù)，且D多C， D = E*F〇
[0008] 根據(jù)本發(fā)明實施例的用于非精確計算的數(shù)模混合信號處理系統(tǒng)，可有效地降低運 算系統(tǒng)在轉換接口上的面積與功耗開銷。相比于基于數(shù)-模/模-數(shù)轉換電路接口的憶阻 器人工神經(jīng)網(wǎng)絡設計方案，本發(fā)明以增大憶阻器陣列為代價獲得接口設計的大幅度簡化， 最終在整體系統(tǒng)上獲得面積與功效的收益。對于各類數(shù)?；旌闲盘柼幚硐到y(tǒng)，能夠減少面 積50%以上并減少能耗60%以上，顯著提升了該類系統(tǒng)的應用空間。
[0009] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的用于非精確計算的數(shù)模混合信號處理系統(tǒng)，還可 以具有如下附加的技術特征：
[0010] 進一步地，在信號處理模塊中，對所述A*B個單比特的高低電平信號進行計算得 到C個單比特數(shù)字信號是通過非布爾式運算得到。
[0011] 進一步地，所述輸出模塊中，將所述模擬輸出信號轉化為D個高低電平信號可通 過模擬放大器或其他單路模擬信號處理電路實現(xiàn)。
[0012] 進一步地，所述輸入模塊還可用于屏蔽所述A*B個單比特的高低電平信號中至少 一路高低電平信號，將剩余的所述高低電平信號作為模擬輸入信號發(fā)送給信號處理模塊。
[0013] 進一步地，所述輸入模塊還可設置N組輸入接口，第一組所述輸入接口接收Al路 Bl比特的數(shù)字輸入信號，第二組所述輸入接口接收A2路B2比特的數(shù)字輸入信號，以此類 推，其中 N、A1、B1、A2、B2、...AN 和 BN 均為自然數(shù)，且 N 彡 1，A1+A2+…+AN 彡 A，B1+B2+... +BN ^ B ；
[0014] 所述輸出模塊還可設置M組輸出接口，第一組所述輸出接口輸出El路Fl比特的 數(shù)字信號，第二組所述輸出接口輸出E2路F2比特的數(shù)字信號，以此類推，其中M、E1、F1、E2、 F2、...EM 和 FM 均為自然數(shù)，且 M 彡 1，E1+E2+...+EM 彡 E，F(xiàn)1+F2+...+FM 彡 F。
[0015] 進一步地，所述輸入模塊拆解的所述高低電平信號中，高電平信號和低電平信號 的電平可以與所述數(shù)字信號的邏輯電平相同或不同。
[0016] 進一步地，所述輸出模塊在所述C路模擬輸出信號不能滿足數(shù)字輸出信號需要的 精度時，可以額外添加 G路高低電平信號，共同組成D路高低電平信號，并被當做E路F比 特數(shù)字信號輸出，其中G為自然數(shù)，且C+G = D。
[0017] 本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0018] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0019] 圖1為本發(fā)明實施例的用于非精確計算的數(shù)模混合信號處理電路結構圖；
[0020] 圖2為與本發(fā)明實施例進行對比的基于數(shù)-模/模-數(shù)轉換電路接口的數(shù)模混合 信號處理電路結構圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0022] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語"中心"、"縱向"、"橫向"、"上"、"下"、"前"、 "后"、"左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底"、"內"、"外"等指示的方位或位置關系為基于 附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所 指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā) 明的限制。此外，術語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要 性。
[0023] 在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語"安裝"、"相 連"、"連接"應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可 以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是 兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本 發(fā)明中的具體含義。
[0024] 參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實施例的這些和其他方面。在這些描述 和附圖中，具體公開了本發(fā)明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發(fā)明的實施 例的原理的一些方式，但是應當理解，本發(fā)明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的 實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵范圍內的所有變化、修改和等同物。
[0025] 以下結合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的用于非精確計算的數(shù)?；旌闲盘柼幚硐?統(tǒng)。
[0026] 圖1為本發(fā)明實施例的用于非精確計算的數(shù)?；旌闲盘柼幚黼娐方Y構圖，請參考 圖1，該數(shù)?；旌闲盘柼幚硐到y(tǒng)的整體電路100包括輸入模塊110、模擬信號處理模塊120、 輸出模塊130。該數(shù)模混合信號處理系統(tǒng)的輸入信號101為2路8比特數(shù)字信號，模擬信號 處理模塊的輸入信號102為去掉最低精度位