憶阻器交叉陣列的參數(shù)配置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及計(jì)算機(jī)及電子信息技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種憶阻器交叉陣列的參數(shù)配 置方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著數(shù)據(jù)規(guī)模的迅速提升，W及神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等非精確性數(shù)據(jù)處理算法的廣泛應(yīng) 用，怎樣利用計(jì)算機(jī)硬件高速、低功耗地處理數(shù)據(jù)成為關(guān)鍵的問(wèn)題。運(yùn)其中很多非精確數(shù) 據(jù)處理算法設(shè)及到大量的矩陣向量乘法運(yùn)算。中央處理器（CPU)在進(jìn)行矩陣向量乘法時(shí)受 限于串行處理和數(shù)據(jù)讀取的帶寬限制，運(yùn)算效率低下；而圖形處理器（GPU)在進(jìn)行矩陣向 量乘法時(shí)雖然并行計(jì)算效率較高，但能耗較大。利用阻值可變的交叉陣列進(jìn)行模擬矩陣向 量乘法是解決運(yùn)些問(wèn)題的有效方法。首先，算法的非精確性允許模擬矩陣向量乘法的運(yùn)算 存在一定的誤差；其次，模擬矩陣向量乘法可W將矩陣向量乘法的算法復(fù)雜度由0(n2)降為 0(1)，極大地提高了計(jì)算效率；最后，相比于數(shù)字矩陣向量乘法，模擬矩陣向量乘法的運(yùn)算 功耗極低。然而，如何有效地將矩陣向量乘法的系數(shù)映射到交叉陣列電路中的參數(shù)，達(dá)到運(yùn) 算精度、功耗的最佳結(jié)果，是個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題。
[0003] 阻值可變的交叉陣列結(jié)構(gòu)是由橫向和縱向分布的金屬線，W及金屬線交叉點(diǎn)上的 阻值可變器件構(gòu)成的。憶阻器是一種阻值可變的器件，其具有集成度高，讀寫(xiě)速度快，操作 功耗低，耐受度強(qiáng)，阻值連續(xù)可調(diào)并且與傳統(tǒng)CMOS工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)。因此，憶阻器是交叉陣 列節(jié)點(diǎn)上阻值可變器件的理想選擇。當(dāng)交叉陣列的每行輸入不同幅值的電壓后，同一列上 的憶阻器會(huì)將相應(yīng)的電壓加權(quán)轉(zhuǎn)化為電流并求和輸出。為了將求和電流轉(zhuǎn)化為電壓輸出， 在每列的輸出端口接負(fù)載電阻，外圍電路只需讀取負(fù)載電阻上的電壓值即可。然而，憶阻器 交叉陣列存在著一系列非理想的因素，例如：憶阻器的電流-電壓特性曲線帶有極強(qiáng)的非 線性，憶阻器的阻值存在一定范圍，在尺度縮減過(guò)程中互聯(lián)線電阻會(huì)引起電壓降，陣列的大 小會(huì)對(duì)計(jì)算精度造成影響。因此，如何合理地將運(yùn)些非理想因素考慮到憶阻器交叉陣列電 路的參數(shù)映射過(guò)程中是亟待解決的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。
[0005] 為此，本發(fā)明的目的在于提出一種憶阻器交叉陣列的參數(shù)配置方法，該方法可W 克服電路實(shí)際非理想因素，并且簡(jiǎn)單便捷。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種憶阻器交叉陣列的參數(shù)配置方法，包 括W下步驟：S1 :獲取憶阻器模型、矩陣參數(shù)、矩陣大小和工藝節(jié)點(diǎn)；S2 :對(duì)憶阻器交叉陣列 中配置參數(shù)進(jìn)行初始化，配置參數(shù)包括輸出端口的負(fù)載電阻、憶阻器的最大電阻值和最小 電阻值中的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)；S3 :根據(jù)所述配置參數(shù)將所述矩陣參數(shù)映射至所述交叉陣列 中憶阻器模型的憶阻器參數(shù)中；S4 :確定交叉陣列的輸入電壓向量幅值，W根據(jù)輸入電壓 向量幅值、映射后的憶阻器模型、所述矩陣大小和所述工藝節(jié)點(diǎn)獲取所述交叉陣列進(jìn)行模 擬矩陣向量乘法的精度和功耗；S5 :如果所述精度和功耗滿足配置條件，則輸出當(dāng)前輸出 端口的負(fù)載電阻、憶阻器的最大電阻值和最小電阻值中的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)；W及S6:如果 所述精度和功耗不滿足所述配置條件，則對(duì)所述憶阻器交叉陣列中輸出端口的負(fù)載電阻、 所述憶阻器的最大電阻值和最小電阻值等可配置參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并轉(zhuǎn)至所述S3。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的憶阻器交叉陣列的參數(shù)配置方法，首先獲取憶阻器模 型、矩陣參數(shù)、矩陣大小和工藝節(jié)點(diǎn)，其次在初始化之后，將矩陣參數(shù)映射至憶阻器參數(shù)中， 通過(guò)輸入電壓向量幅值獲取的精度和功耗判斷是否需要對(duì)輸出端口的負(fù)載電阻、最大電阻 值和最小電阻值等可配置參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整，W輸出最優(yōu)配置，實(shí)現(xiàn)克服電路實(shí)際非理想因 素的目的，從而應(yīng)用于模擬矩陣向量乘法運(yùn)算，提高運(yùn)算精度、功耗的最佳結(jié)果，同時(shí)優(yōu)化 功耗參數(shù)，有效地將矩陣向量乘法的參數(shù)映射至交叉陣列電路中的參數(shù)中，簡(jiǎn)單便捷。
[000引另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的憶阻器交叉陣列的參數(shù)配置方法還可W具有如下 附加的技術(shù)特征：
[0009] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述憶阻器模型包括非線性電壓-電流特 性曲線和/或阻值的隨機(jī)偏差。
[0010] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述配置條件為獲取所述模擬矩陣向量乘 法的精度達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)和/或所述負(fù)載電阻上的輸出模擬信號(hào)達(dá)到預(yù)設(shè)分辨值和/或功耗 達(dá)到預(yù)設(shè)功耗范圍。
[0011] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)交叉陣列參數(shù)的魯棒性將所述矩陣參 數(shù)映射至所述憶阻器參數(shù)中。
[0012] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)所述憶阻器的阻值對(duì)所述模擬矩陣向 量乘法的精度進(jìn)行計(jì)算，或根據(jù)所述憶阻器交叉陣列中與輸入端相距最遠(yuǎn)的輸出端口的相 對(duì)計(jì)算誤差估算所述模擬矩陣向量乘法的精度，所述估算相對(duì)計(jì)算誤差的公式為：
[0013]
[0014] 其中，％^為所述憶阻器交叉陣列的實(shí)際輸出電壓值，為所述憶阻器交叉陣列 的理論輸出電壓值，G為所述相對(duì)計(jì)算誤差。
[0015] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)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(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0017] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的憶阻器交叉陣列的參數(shù)配置方法的流程圖；
[001引圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的憶阻器交叉陣列的參數(shù)配置方法的流程圖；
[0019] 圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的憶阻器交叉陣列的結(jié)構(gòu)和參數(shù)示意圖；
[0020] 圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的憶阻器交叉陣列的不同配置方案下功耗與計(jì)算 誤差結(jié)果的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)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(guò)參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0022] 此外，術(shù)語(yǔ)"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性 或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可W明示或 者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，"多個(gè)"的含義是兩個(gè)或兩個(gè)W 上，除非另有明確具體的限定。
[0023] 在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)"安裝"、'哺連"、'嘴接"、"固定"等 術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可W是固定連接，也可W是可拆卸連接，或一體地連接；可W是機(jī) 械連接，也可W是電連接；可W是直接相連，也可W通過(guò)中間媒介間接相連，可W是兩個(gè)元 件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可W根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā) 明中的具體含義。
[0024] 在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下" 可W包括第一和第二特征直接接觸，也可W包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過(guò)它 們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一 特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征 在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表 示第一特征水平高度小于第二特征。
[0025] 下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的憶阻器交叉陣列的參數(shù)配置方法。參 照?qǐng)D1所示，該配置方法包括W下步驟：
[0026] Sl:獲取憶阻器模型、模擬矩陣向量乘法的矩陣參數(shù)、模擬矩陣向量乘法的矩陣大 小和工藝節(jié)點(diǎn)。
[0027] 其中，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，憶阻器模型包括非線性電壓-電流特性曲線和 阻值的隨機(jī)偏差。
[0028] 參照?qǐng)D2所示，本發(fā)明實(shí)施例首先給定憶阻器模型、特定應(yīng)用需求的模擬矩陣向 量乘中的矩陣系數(shù)和大?。茨?