本公開涉及集成電路設(shè)計(jì)，尤其是一種非易失性雙端口存算一體單元電路、雙端口存算一體陣列電路、芯片及電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、存算一體，又稱存內(nèi)運(yùn)算(computing-in-memory，cim)，是指將計(jì)算與存儲(chǔ)結(jié)合，在存儲(chǔ)器內(nèi)部直接嵌入算法的技術(shù)。簡(jiǎn)單說來，是將輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)與預(yù)先存儲(chǔ)在內(nèi)存單元中的權(quán)重參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入數(shù)據(jù)的帶權(quán)重累加，也就是卷積運(yùn)算。卷積運(yùn)算是深度學(xué)習(xí)算法的核心組成單元，占據(jù)了當(dāng)前大部分人工智能(artificialintelligent，ai)芯片中90％以上的運(yùn)算。這就意味著，通過存算一體這種新型架構(gòu)，可以將90％甚至更高占比的運(yùn)算，由存儲(chǔ)器直接完成并輸出。

2、當(dāng)前常見的存算一體存儲(chǔ)器一般為單端口存算一體存儲(chǔ)器(single-portcomputing-in-memory，sp-cim)，即提供一個(gè)端口對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問，在同一時(shí)刻，只能通過單端口對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行寫操作或計(jì)算操作。

3、在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算中，由于數(shù)據(jù)處理主要是以矩陣形式，而非以單行或單列形式進(jìn)行的。而每次寫操作僅能寫入一行權(quán)重?cái)?shù)據(jù)，這就意味著，在計(jì)算之前，至少需要通過y次寫操作，保證cim中的存儲(chǔ)單元陣列寫滿權(quán)重?cái)?shù)據(jù)，上述y為存儲(chǔ)單元陣列的總行數(shù)。

4、然而sp-cim僅有一個(gè)端口，無法支持同時(shí)寫和計(jì)算操作，因此sp-cim不可能長(zhǎng)時(shí)間保持峰值算力。并且，由于向sp-cim寫入大量數(shù)據(jù)所耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，較長(zhǎng)的寫入時(shí)間會(huì)中斷計(jì)算過程，從而影響最終的計(jì)算效率。

5、此外，現(xiàn)有的sp-cim大多采用易失性的隨機(jī)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)輸入的數(shù)據(jù)，即存儲(chǔ)器掉電后，無法繼續(xù)保存已存入的數(shù)據(jù)。因此，如何進(jìn)一步提高存算一體存儲(chǔ)器的計(jì)算效率，同時(shí)避免存儲(chǔ)器掉電后數(shù)據(jù)丟失，是目前需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開的實(shí)施例提供了一種非易失性雙端口存算一體單元電路，該電路包括：兩個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元、寫選擇單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、計(jì)算選擇單元和計(jì)算單元；寫選擇單元用于根據(jù)輸入的寫選擇信號(hào)，從兩個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元中選擇用于存儲(chǔ)當(dāng)前輸入的權(quán)重?cái)?shù)據(jù)的輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，并將權(quán)重?cái)?shù)據(jù)以模擬權(quán)重?cái)?shù)據(jù)的方式存入輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；模數(shù)轉(zhuǎn)換單元用于分別對(duì)兩個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的模擬權(quán)重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到兩個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元分別對(duì)應(yīng)的數(shù)字權(quán)重?cái)?shù)據(jù)；計(jì)算選擇單元用于將輸入的初始待計(jì)算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成待計(jì)算數(shù)據(jù)，并將待計(jì)算數(shù)據(jù)輸出至計(jì)算單元；以及根據(jù)輸入的計(jì)算選擇信號(hào)，生成計(jì)算控制信號(hào)，并將計(jì)算控制信號(hào)輸出至計(jì)算單元；計(jì)算單元用于根據(jù)計(jì)算控制信號(hào)，從模數(shù)轉(zhuǎn)換單元獲取計(jì)算控制信號(hào)指示的目標(biāo)數(shù)字權(quán)重?cái)?shù)據(jù)，并對(duì)目標(biāo)數(shù)字權(quán)重?cái)?shù)據(jù)和待計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果并輸出計(jì)算結(jié)果。

2、根據(jù)本公開實(shí)施例的另一個(gè)方面，提供了一種雙端口存算一體陣列電路，該電路包括：控制器、雙端口存算模塊陣列和第一預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)計(jì)算選擇單元；雙端口存算模塊陣列包括第一預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)雙端口存算模塊組，每個(gè)雙端口存算模塊組包括第二預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)雙端口存算模塊，每個(gè)雙端口存算模塊包括上述非易失性雙端口存算一體單元電路中的兩個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元、寫選擇單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和計(jì)算單元，每個(gè)雙端口存算模塊組對(duì)應(yīng)一個(gè)計(jì)算選擇單元，計(jì)算選擇單元是上述非易失性雙端口存算一體單元電路中的計(jì)算選擇單元；控制器用于向每個(gè)雙端口存算模塊包括的寫選擇單元發(fā)送寫選擇信號(hào)，由寫選擇單元將輸入的權(quán)重?cái)?shù)據(jù)存入寫選擇信號(hào)對(duì)應(yīng)的非易失性存儲(chǔ)單元；控制器還用于向每個(gè)雙端口存算模塊組對(duì)應(yīng)的計(jì)算選擇單元發(fā)送計(jì)算選擇信號(hào)；對(duì)于第一預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)計(jì)算選擇單元中的每個(gè)計(jì)算選擇單元，該計(jì)算選擇單元用于根據(jù)計(jì)算選擇信號(hào)，生成計(jì)算選擇信號(hào)對(duì)應(yīng)的計(jì)算控制信號(hào)，并將計(jì)算控制信號(hào)和該計(jì)算選擇單元對(duì)應(yīng)的待計(jì)算數(shù)據(jù)輸出至該計(jì)算選擇單元對(duì)應(yīng)的第二預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)計(jì)算單元；計(jì)算單元用于根據(jù)計(jì)算控制信號(hào)，從對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元接收計(jì)算控制信號(hào)指示的目標(biāo)數(shù)字權(quán)重?cái)?shù)據(jù)，并對(duì)目標(biāo)數(shù)字權(quán)重?cái)?shù)據(jù)與接收的待計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果并輸出計(jì)算結(jié)果。

3、根據(jù)本公開實(shí)施例的另一個(gè)方面，提供了一種芯片，該芯片包括上述非易失性雙端口存算一體單元電路或雙端口存算一體陣列電路。

4、根據(jù)本公開實(shí)施例的另一個(gè)方面，提供了一種電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括上述芯片。

5、本公開上述實(shí)施例提供的非易失性雙端口存算一體單元電路、雙端口存算一體陣列電路、芯片及電子設(shè)備，在非易失性雙端口存算一體單元電路中設(shè)置兩個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元、寫選擇單元、計(jì)算選擇單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和計(jì)算單元，寫選擇單元根據(jù)輸入的寫選擇信號(hào)，從兩個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元中選擇輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，并將權(quán)重?cái)?shù)據(jù)以模擬權(quán)重?cái)?shù)據(jù)的方式存入輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元對(duì)兩個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元分別存儲(chǔ)的模擬權(quán)重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字權(quán)重?cái)?shù)據(jù)，計(jì)算選擇單元根據(jù)輸入的計(jì)算選擇信號(hào)，生成并輸出計(jì)算控制信號(hào)、待計(jì)算數(shù)據(jù)至計(jì)算單元，計(jì)算單元根據(jù)計(jì)算控制信號(hào)從模數(shù)轉(zhuǎn)換單元接收計(jì)算控制信號(hào)指示的目標(biāo)數(shù)字權(quán)重?cái)?shù)據(jù)，并對(duì)目標(biāo)數(shù)字權(quán)重?cái)?shù)據(jù)和待計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果。本公開實(shí)施例提供的電路，可以使兩個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入操作和數(shù)據(jù)計(jì)算操作，相比于現(xiàn)有的單端口存算一體存儲(chǔ)器，可以在向存算陣列中的一部分存儲(chǔ)單元寫入權(quán)重?cái)?shù)據(jù)的同時(shí)，從另一部分存儲(chǔ)單元提取存儲(chǔ)的權(quán)重?cái)?shù)據(jù)與輸入的初始待計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算效率大大提高，且實(shí)現(xiàn)了權(quán)重?cái)?shù)據(jù)的寫入和計(jì)算各自獨(dú)立且互不干擾，二者可以并行進(jìn)行，電路具有更長(zhǎng)的峰值算力保持時(shí)間，具有更高的有效算力，更靈活的設(shè)計(jì)空間以及更廣闊的應(yīng)用范圍。此外，本公開實(shí)施例提供的電路采用了非易失性的存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)模擬權(quán)重?cái)?shù)據(jù)，將模擬權(quán)重?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字權(quán)重?cái)?shù)據(jù)后，按照對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理方式進(jìn)行計(jì)算操作，進(jìn)而在提高電路的計(jì)算效率的基礎(chǔ)上，避免了電路掉電后數(shù)據(jù)遺失，進(jìn)一步擴(kuò)展了電路的適用范圍。

6、下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本公開的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種非易失性雙端口存算一體單元電路，包括：兩個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元、寫選擇單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、計(jì)算選擇單元和計(jì)算單元；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)一步用于：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述計(jì)算選擇單元包括第一輸出端和第二輸出端；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中，所述計(jì)算單元包括第一乘法器和第二乘法器，所述第一乘法器與所述第一輸出端連接，所述第二乘法器與所述第二輸出端連接；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其中，所述第一乘法器包括第一或非門，所述第二乘法器包括第二或非門；所述計(jì)算選擇單元包括反相器和輸出端選擇器；

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的電路，其中，所述計(jì)算選擇單元進(jìn)一步用于：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述計(jì)算選擇單元包括第一控制開關(guān)和第二控制開關(guān)；

8.一種雙端口存算一體陣列電路，包括：控制器、雙端口存算模塊陣列和第一預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)計(jì)算選擇單元；

9.一種芯片，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的非易失性雙端口存算一體單元電路或根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙端口存算一體陣列電路。

10.一種電子設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求9所述的芯片。

技術(shù)總結(jié)
本公開實(shí)施例公開了一種非易失性雙端口存算一體單元電路、雙端口存算一體陣列電路、芯片及電子設(shè)備，其中，非易失性雙端口存算一體單元電路包括兩個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元、寫選擇單元、計(jì)算選擇單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和計(jì)算單元，寫選擇單元從兩個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元中選擇輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，將權(quán)重?cái)?shù)據(jù)存入輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；模數(shù)轉(zhuǎn)換單元對(duì)模擬權(quán)重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，計(jì)算選擇單元生成待計(jì)算數(shù)據(jù)和生成計(jì)算控制信號(hào)；計(jì)算單元根據(jù)計(jì)算控制信號(hào)，對(duì)目標(biāo)數(shù)字權(quán)重?cái)?shù)據(jù)和待計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。本公開實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了在寫入數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行計(jì)算，提高了數(shù)據(jù)計(jì)算的效率，采用非易失性存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，避免了電路掉電后數(shù)據(jù)遺失，進(jìn)一步擴(kuò)展了電路的適用范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：陳剛,陳依雅,吳強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京后摩智能科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2