文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
DOI: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.05.013
引用格式:徐偉民,黃魯,蔣明峰.基于NOR Flash的卷積計(jì)算單元的設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全,2020,39(5):63-68.
深度學(xué)習(xí)在人臉識別、音頻識別、圖像分類等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)具有大量的權(quán)重?cái)?shù)據(jù)和大量的乘累加操作,極大的算力需求和功耗限制使得深度學(xué)習(xí)應(yīng)用難以部署在物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備。而在深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)中,卷積計(jì)算占用前向計(jì)算89%的時(shí)間,隨之產(chǎn)生巨大的功耗。所以高速、低功耗的卷積計(jì)算單元的設(shè)計(jì)成為迫切的需求。
主流的馮諾依曼架構(gòu)中,計(jì)算單元和內(nèi)存單元是兩個(gè)完全分離的單元,計(jì)算單元根據(jù)指令從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù),在計(jì)算單元完成計(jì)算,再存回內(nèi)存。數(shù)據(jù)需要在計(jì)算單元和存儲單元之間進(jìn)行頻繁的移動,因此帶來較大的功耗和較低的運(yùn)算效率。存算一體架構(gòu)將計(jì)算單元與內(nèi)存單元合二為一,在存儲數(shù)據(jù)的同時(shí)完成運(yùn)算,從而極大地減少了計(jì)算過程中數(shù)據(jù)存取的時(shí)間和功耗。實(shí)現(xiàn)存算一體化的介質(zhì)有相變存儲PCM,靜態(tài)隨機(jī)存儲SRAM、浮柵器件Flash等。Flash具有工藝成熟、成本低等特點(diǎn),因此本設(shè)計(jì)采用Flash作為存算一體的介質(zhì)。具體做法是將卷積核的權(quán)值映射到Flash陣列的閾值電壓,然后Flash陣列進(jìn)行高速、低功耗的模擬乘累加計(jì)算來加速卷積計(jì)算過程。
本文的主要內(nèi)容在于:(1)利用Flash的線型區(qū)I/V特性,設(shè)計(jì)基于NOR Flash的模擬矩陣計(jì)算單元;(2)基于模擬矩陣計(jì)算單元,設(shè)計(jì)了基于NOR Flash的模擬卷積計(jì)算單元;(3)通過SOBEL邊緣檢測算子評估基于NOR Flash的卷積計(jì)算單元的性能。
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作者信息:
徐偉民1,黃魯1,蔣明峰2(1.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 微電子學(xué)院,安徽 合肥 230026;
2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院,安徽 合肥 230026)