上海科技大學張宏圖獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉上??萍即髮W申請的專利一種用于卷積神經網絡的內存計算eDRAM加速器獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN113946310B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-12發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202111169936.3,技術領域涉及:G06F5/16;該發明授權一種用于卷積神經網絡的內存計算eDRAM加速器是由張宏圖;束宇豪;哈亞軍設計研發完成,并于2021-10-08向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種用于卷積神經網絡的內存計算eDRAM加速器在說明書摘要公布了:本發明提供了一種用于卷積神經網絡的內存計算eDRAM加速器,其特征在于,包括四個P2ARAM塊,每個P2ARAM塊包括由64x16個5T1C乒乓eDRAM位單元組成的5T1C乒乓eDRAM位單元陣列,在每個P2ARAM塊中,由64X2個數字時間轉換器從行方向將4比特激活值轉換成不同的脈沖寬度,并輸入到5T1C乒乓eDRAM位單元陣列中進行計算;而在5T1C乒乓eDRAM位單元陣列的列方向共得到16X2個卷積結果輸出。本發明提出的卷積神經加速器使用了:5T1C乒乓eDRAM位單元并行多比特存儲和卷積;在不額外增加面積開銷的情況下,將累積位線的輸入采樣電容分攤到CDAC陣列的符號?數值SARADC單元,提出了S2M?ADC方案。通過這種方式,本發明公開的基于eDRAM的存內計算神經網絡加速器達到峰值計算密度為59.1TOPSmm2,比之前的工作高出約30倍。
本發明授權一種用于卷積神經網絡的內存計算eDRAM加速器在權利要求書中公布了:1.一種用于卷積神經網絡的內存計算eDRAM加速器,其特征在于,包括四個P2ARAM塊,每個P2ARAM塊包括由64x16個5T1C乒乓eDRAM位單元組成的5T1C乒乓eDRAM位單元陣列,每個5T1C乒乓eDRAM位單元采用5T1C電路結構,具有雙2T讀出端口,兩個讀出端口分別連接累積位線一及累積位線二,且兩個讀出端口分別對應兩個激活值輸入端; 5T1C乒乓eDRAM位單元的雙2T讀出端口支持位單元級并行存內卷積操作,在一個周期內,兩個讀出端口并行完成卷積及位線復位;兩個并行的讀出端口以乒乓方式運行,處于位線復位的讀出端口在下一個周期內完成卷積,而完成卷積的讀出端口在下一個周期內完成位線復位,處于卷積計算階段的讀出端口隱藏了位線預放電開銷; 每個5T1C乒乓eDRAM位單元的eDRAM單元存儲節點用于存儲模擬權重值以及帶有反向關斷噪聲的電壓值,反向關斷噪聲由噪聲補償電路生成;當每個eDRAM單元存儲節點的寫入晶體管關斷時,正向關斷噪聲與存儲在當前eDRAM單元存儲節點的反向關斷噪聲互相抵消,從而減小噪聲對存儲在eDRAM單元存儲節點上的模擬權重值的影響; 在每個P2ARAM塊中,由64X2個數字時間轉換器從行方向將4比特激活值轉換成不同的脈沖寬度,并輸入到5T1C乒乓eDRAM位單元陣列中進行計算;而在5T1C乒乓eDRAM位單元陣列的列方向共得到16X2個卷積結果輸出;卷積的實現通過累積位線上多個5T1C乒乓eDRAM位單元同時對SARADC單元的輸入采樣電容進行充電而完成,通過SARADC單元將輸入采樣電容的電壓值讀出; 將累積位線上的輸入采樣電容合并至與當前累積位線相連的SARADC單元內,累積位線上的輸入采樣電容的面積被分攤用于SARADC單元的C-DAC電容器;5T1C乒乓eDRAM位單元陣列中的16列5T1C乒乓eDRAM位單元每兩列為一組,一組中,一列5T1C乒乓eDRAM位單元為符號位列,另一列5T1C乒乓eDRAM位單元為數值位列,則符號位列的累積位線一及累積位線二分別連接3個SARADC單元,將該SARADC單元重新定義為RSADC單元;數值位列的累積位線一及累積位線二分別連接3個SARADC單元,將該SARADC單元重新定義為RMADC單元;一組5T1C乒乓eDRAM位單元列所對應的12個相關SARADC單元被分割并交叉,其中,連接在符號位列的累積位線一上的3個RSADC單元與連接在數值位列的累積位線一上的3個RMADC單元進行交叉,連接在符號位列的累積位線二上的3個RSADC單元與連接在數值位列的累積位線二上的3個RMADC單元進行交叉,通過配置交叉的兩個SARADC單元的模式來支持非2和2的補碼計算: 當進行2的補碼計算時:將實現交叉的RMADC單元與RSADC單元兩兩合并,合并后的RMADC單元與RSADC單元作為一個ADC進行轉化;此時,符號位列用于存儲1比特符號值,數值位列用于存儲5比特其他位數值;RSADC單元的輸入采樣電容獲得符號位乘法的結果,RMADC單元的輸入采樣電容獲得數值位乘法的結果;RSADC單元的輸入采樣電容及RMADC單元的輸入采樣電容通過RSADC單元直接讀出6比特2的補碼值; 當進行非2的補碼計算時:RMADC單元與RSADC單元獨立進行轉化;此時,符號位列與數值位列獨立計算,符號位列及數值位列分別存儲5比特非2的補碼值;RMADC單元與RSADC單元對各自的輸入采樣電容同時進行讀出5比特非2的補碼值; SARADC單元運算與跳變控制邏輯以位串行方式緊密耦合,支持同時對卷積層、激活函數層、最大池化層的跨層計算和提前終止。
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