存算一体电路及其操作方法、电子装置

本公开的实施例涉及一种存算一体电路、电子装置和存算一体电路的操作方法。

背景技术：

1、模拟存算一体电路是一种新型架构，将存储和计算功能集成于一体。在这种架构中，权重单元阵列可以直接执行计算任务，无需频繁地在存储和计算单元之间传输数据。通过在存储阵列中直接进行计算，可以显著减少数据传输和处理延迟，从而提高计算效率。这种架构在处理大规模数据和复杂计算任务时具有显著的性能优势，同时有助于降低功耗和硬件成本。然而，模拟存算一体电路也存在一些非理想因素，例如存储器件的差异性、电路内部噪声和传输线损耗等，会对计算准确性产生影响，因此，在算法部署和应用时需要充分考虑这些因素。

2、反向传播算法在神经网络中起着重要的作用，它是一种训练神经网络的重要方法，通过计算损失函数对每个参数的梯度并更新参数，使神经网络能够适应训练数据并提高预测准确度和分类准确度。对于易受到非理想因素影响的存算一体电路，可以利用基于反向传播的原位计算结果，对权重值等网络参数进行自适应调整。这样能够进一步提升网络部署后的系统准确率、稳定性和可靠性。

技术实现思路

1、本公开至少一实施例提供一种存算一体电路，所述存算一体电路包括：权重单元阵列，包括多个权重单元，沿第一方向和第二方向排列为多个权重单元行和多个权重单元列；多条源线，沿所述第二方向延伸，且与所述多个权重单元列一一对应连接；多条字线，沿所述第二方向延伸，且与所述多个权重单元列一一对应连接；多条第一位线，沿所述第一方向延伸，且与所述多个权重单元行一一对应连接；字线驱动电路，与所述多条字线电连接以提供字线信号；源线驱动电路，与所述多条源线电连接以提供源线信号；多个第一输出电路，与所述多条源线一一对应电连接，被配置为输出前向计算结果；多个第二输出电路，与所述多条第一位线一一对应电连接，被配置为输出后向计算结果；多个输入电路，与所述多条第一位线一一对应电连接，被配置为输入前向计算数据；所述字线驱动电路和所述源线驱动电路之一还被配置为输入反向计算数据。

2、例如，在本公开至少一实施例提供的存算一体电路中，还包括：多条第二位线，沿所述第一方向延伸，且与所述多个权重单元行一一对应连接；所述多个第二输出电路还与所述多条第二位线一一对应电连接。

3、例如，在本公开至少一实施例提供的存算一体电路中，所述源线驱动电路包括多选一开关，被配置为基于所述多选一开关为对应的源线提供不同的源线信号从而输入不同的多位反向计算数据。

4、例如，在本公开至少一实施例提供的存算一体电路中，所述多个第二输出电路中的每一个包括差分模数转换电路，所述差分模数转换电路包括：钳位电流缓冲器，与所述差分模数转换电路所在行对应的第一位线和第二位线电连接，被配置为实现电压钳位；电流-电压转换电路，被配置为将所述钳位电流缓冲器输出的电流信号转换为电压信号；反馈控制模块，被配置为基于所述电流-电压转换电路输出的电压信号生成反馈信号，将所述反馈信号提供给所述钳位电流缓冲器，并且在输出端输出转换后的数字信号。

5、例如，在本公开至少一实施例提供的存算一体电路中，所述电流-电压转换电路包括第一电压跟随电路、第二电压跟随电路和差分放大电路；所述第一电压跟随电路分别与所述差分放大电路的第一输入端和所述钳位电流缓冲器的第一输出端电连接，被配置为稳定所述钳位电流缓冲器第一输出端的电压，并且将所述钳位电流缓冲器第一输出端输出的电流信号复制到所述差分放大电路的第一输入端；所述第二电压跟随电路分别与所述差分放大电路的第二输入端和所述钳位电流缓冲器的第二输出端电连接，被配置为稳定所述钳位电流缓冲器第二输出端的电压，并且将所述钳位电流缓冲器第二输出端输出的电流信号复制到所述差分放大电路的第二输入端。

6、例如，在本公开至少一实施例提供的存算一体电路中，所述钳位电流缓冲器包括差分放大结构，所述差分放大结构包括第一静态失调抵消模块、第二静态失调抵消模块、差分放大器；所述第一静态失调抵消模块和所述第二静态失调抵消模块分别与所述差分放大器电连接，被配置为消除钳位的静态失配误差。

7、本公开至少一实施例提供一种电子装置，包括如本公开至少一实施例提供的存算一体电路。

8、本公开至少一实施例提供一种如本公开至少一实施例提供的存算一体电路的操作方法，所述操作方法包括：在前向计算的过程中，通过所述多个输入电路向需要输入前向数据的目标操作行施加位线电压，通过所述字线驱动电路选择需要输出前向计算结果的目标操作列，通过所述多个第一输出电路施加源线电压，驱动所述权重单元阵列执行所述前向计算，从所述多个第一输出电路输出所述前向计算结果；或者在反向计算的过程中，通过所述字线驱动电路和所述源线驱动电路之一向需要输入反向数据的目标操作列施加操作电压，通过所述多个第二输出电路向需要输出反向计算结果的目标操作行施加位线电压，驱动所述权重单元阵列执行所述反向计算，从所述多个第二输出电路输出所述反向计算结果

9、例如，在本公开至少一实施例提供的操作方法中，所述向需要输入反向数据的目标操作列施加操作电压，包括：关断全部所述多条源线；在零输入的情况下，基于所述字线驱动电路关断所述需要输入反向数据的目标操作列对应的字线；或者在非零输入的情况下，基于所述字线驱动电路开启所述需要输入反向数据的目标操作列对应的字线。。

10、例如，在本公开至少一实施例提供的操作方法中，所述向需要输入反向数据的目标操作列施加操作电压，包括：开启全部所述多条位线；在零输入的情况下，基于所述源线驱动电路的二选一开关向所述需要输入反向数据的目标操作列对应的源线施加计算所需电压；或者在非零输入的情况下，基于所述源线驱动电路的二选一开关关断所述需要输入反向数据的目标操作列对应的源线。

11、例如，在本公开至少一实施例提供的操作方法中，所述向需要输入反向数据的目标操作列施加操作电压，还包括：将多个一位反向输入数据的反向计算结果的量化结果移位相加以得到多位反向输入数据的反向计算结果。

12、例如，在本公开至少一实施例提供的操作方法中，所述向所述需要输入反向数据的目标操作列对应的源线施加操作电压，包括：基于所述源线驱动电路的多选一开关向所述需要输入反向数据的目标操作列对应的源线施加不同的操作电压。

技术特征：

1.一种存算一体电路，包括：

2.根据权利要求1所述的存算一体电路，还包括：

3.根据权利要求1或2所述的存算一体电路，其中，所述源线驱动电路包括多选一开关，被配置为基于所述多选一开关为对应的源线提供不同的源线信号从而输入不同的多位反向计算数据。

4.根据权利要求2所述的存算一体电路，其中，所述多个第二输出电路中的每一个包括差分模数转换电路，所述差分模数转换电路包括：

5.根据权利要求4所述的存算一体电路，其中，所述电流-电压转换电路包括第一电压跟随电路、第二电压跟随电路和差分放大电路；

6.根据权利要求4所述的存算一体电路，其中，所述钳位电流缓冲器包括差分放大结构，所述差分放大结构包括第一静态失调抵消模块、第二静态失调抵消模块、差分放大器；

7.一种电子装置，包括如权利要求1-6任一所述的存算一体电路。

8.一种如权利要求1-6任一所述的存算一体电路的操作方法，包括：

9.根据权利要求8所述的操作方法，其中，所述向需要输入反向数据的目标操作列施加操作电压，包括：

10.根据权利要求8所述的操作方法，其中，所述向需要输入反向数据的目标操作列施加操作电压，包括：

11.根据权利要求9或10所述的操作方法，其中，所述向需要输入反向数据的目标操作列施加操作电压，还包括：

12.根据权利要求10所述的操作方法，所述向所述需要输入反向数据的目标操作列对应的源线施加操作电压，包括：

技术总结一种存算一体电路、电子装置和操作方法。该存算一体电路包括：权重单元阵列，包括多个权重单元；多条源线，与多个权重单元列一一对应；多条字线，与多个权重单元列一一对应；多条第一位线，与多个权重单元行一一对应；字线驱动电路，提供字线信号；源线驱动电路，提供源线信号；多个第一输出电路，与多条源线一一对应电连接，被配置为输出前向计算结果；多个第二输出电路，与多条第一位线一一对应电连接，被配置为输出后向计算结果；多个输入电路，与多条第一位线一一对应电连接，被配置为输入前向计算数据；字线驱动电路和源线驱动电路之一还被配置为输入反向计算数据。该存算一体电路通过复用部分外围驱动电路既可前向计算又可反向计算。技术研发人员：吴华强,魏秋萌,姚鹏,揭路,伍冬,高滨,唐建石,钱鹤受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/3/11