一种基于数学建模设计芯片架构的方法及系统与流程

本发明涉及芯片架构，尤其涉及一种基于数学建模设计芯片架构的方法及系统。

背景技术：

1、芯片架构设计是指对芯片功能进行划分，对芯片数据流进行分析，以用尽量小的代价实现尽可能多的功能，尽可能高的性能为目的。因此，芯片架构设计需要综合多个维度的因素做全局设计。特别是类似于人工智能芯片这种对特定人工智能算法的计算进行加速而专门设计的芯片，在成本、性能等重要指标尤为看重。

2、而目前业内进行芯片架构设计，是以比较粗糙的计算为主要依据，对芯片性能和效率进行大概的估计，其估计过程过于依赖主观判断，然后再基于生产出来的芯片进行实际性能测试，并依据测试结果对芯片进行迭代，需要进行两三次迭代升级后才能比较好的满足其功能需求，整个过程需要至少3-5年时间。另外，芯片架构设计也极其缺少相关方法和工具协助进行量化分和设计，导致芯片对于某一种应用可能存在性能短板，并且这些性能短板可能也至少需要3-5年时间才能得到完全修复，带来了非常大的试错成本。

技术实现思路

1、根据现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于数学建模设计芯片架构的方法及系统。

2、本发明的技术方案如下：

3、第一方面，本说明书提供一种基于数学建模设计芯片架构的方法，包括：

4、将芯片划分多个模块，并使用数学表示模块内多种参数属性；

5、对多个模块和对应的多种参数构建成的芯片架构进行第一次建模，获得多种芯片架构的效率数学模型、功耗数学模型及面积数学模型；

6、对多种芯片架构的效率数学模型、功耗数学模型及面积数学模型进行第二次建模，获得芯片架构的一组或多组线性或非线性数学表达式；

7、对一组或多组线性或非线性数学表达式进行第三次建模，构建芯片总体得分表达式；

8、根据芯片总体得分表达式，确定最优芯片架构。

9、作为优选的技术方案，将芯片按照性能进行划分为多个模块，模块至少包括中央处理器模块、片上网络模块、协处理单元模块、高速外设模块、低速外设模块、存储单元模块。

10、作为优选的技术方案，模块内多种参数与效率为正比关系；

11、模块内多种参数与功耗为反比关系。

12、作为优选的技术方案，中央处理器模块内参数属性及相应的数学表示至少包括：cpu核数；cpu频率；cpu数据位宽；cpu缓存大小；

13、片上网络模块内参数属性及数学表示至少包括：noc频率；noc数据位宽；noc传输延迟；

14、协处理单元模块内参数属性及数学表示至少包括：acu频率；acu数据位宽；acu峰值算力；acu吞吐率；

15、高速外设模块内参数属性及数学表示至少包括：hsio频率；hsio数据位宽；hsio传输延迟；

16、低速外设模块内参数属性及数学表示至少包括：lsio频率；lsio数据位宽；lsio传输延迟；

17、存储单元模块内参数属性及数学表示至少包括：mem频率；mem数据位宽；mem存储空间大小；mem传输延迟。

18、作为优选的技术方案，效率数学模型包括：

19、

20、其中，表示cpu效率系数，表示cpu效率scale参数，为cpu的效率，为双曲正切三角函数，为cpu效率移位参数；表示noc效率系数，表示noc效率scale参数，为noc的效率，为noc效率移位参数；表示acu效率scale参数，为acu的效率，为acu效率移位参数；表示hsio效率scale参数，为hsio的效率，为hsio效率移位参数；表示lsio效率scale参数，为lsio的效率，为lsio效率移位参数；表示mem效率scale参数，为mem的效率，为mem效率移位参数；

21、功耗数学模型包括：;

22、其中，代表cpu的功耗，代表noc的功耗，代表acu的功耗，代表hsio的功耗，代表lsio的功耗，代表mem的功耗；

23、面积数学模型包括：；

24、其中，代表cpu的面积，代表noc的面积，代表acu的面积，代表hsio的面积，代表lsio的面积，代表mem的面积。

25、作为优选的技术方案，采用线性或非线性模型对多个芯片架构的效率数学模型、功耗数学模型及面积数学模型进行第二次建模。

26、作为优选的技术方案，采用线性模型对一组或多组线性或非线性数学表达式进行第三次建模，获取的芯片总体得分表达式如下：

27、；

28、其中，为效率数学模型，为效率数学模型的权重系数，为功耗数学模型，为功耗数学模型的权重系数，为面积数学模型，为面积数学模型的权重系数。

29、作为优选的技术方案，基于芯片总体得分表达式中的效率、功耗及面积的权重占比，权重占比得分的最大值为最优芯片架构。

30、第二方面，本说明书提供一种基于数学建模设计芯片架构的系统，包括：

31、划分模块，用于配置为将芯片划分多个模块，并使用数学表示模块内多种参数属性；

32、第一建模模块，用于配置为对多个模块和对应的多种参数构建成的芯片架构进行第一次建模，获得多种芯片架构的效率数学模型、功耗数学模型及面积数学模型；

33、第二建模模块，用于配置为对多种芯片架构的效率数学模型、功耗数学模型及面积数学模型进行第二次建模，获得芯片架构的一组或多组线性或非线性数学表达式；

34、第三建模模块，用于配置为对一组或多组线性或非线性数学表达式进行第三次建模，获取芯片总体得分表达式；

35、确定模块，用于配置为根据芯片总体得分表达式，确定最优芯片架构。

36、第三方面，本说明书提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现如上述的方法。

37、第四方面，本说明书提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如上述的方法。

38、本发明采用的技术方案达到的有益效果：本发明提出的基于数学建模设计芯片架构的方法及系统，通过在芯片架构设计阶段对芯片架构参数进行遍历，对芯片性能进行仿真建模，从而实现相对最优的芯片架构。该方法的优势为量化芯片架构迭代过程，最大程度避免主观经验对架构方案的影响；自动化工具遍历所有可能的芯片架构，找到全局相对最优的组合；整体架构迭代效率更高，缩短芯片相对最优架构迭代周期。

技术特征：

1.一种基于数学建模设计芯片架构的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括：

9.一种基于数学建模设计芯片架构的系统，其特征在于，包括：

10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1 -8任一项所述的方法。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时

技术总结
本发明公开一种基于数学建模设计芯片架构的方法及系统，涉及芯片架构设计领域。该方法一具体实施例包括：将芯片划分多个模块，并使用数学表示模块内多种参数属性；对多个模块和对应的多种参数构建成的芯片架构进行第一次建模，获得多种芯片架构的效率数学模型、功耗数学模型及面积数学模型；对多种芯片架构的效率数学模型、功耗数学模型及面积数学模型进行第二次建模，获得一组或多组线性或非线性数学表达式；对一组或多组线性或非线性数学表达式进行第三次建模，构建芯片架构总体得分表达式；根据芯片总体得分表达式，确定最优芯片架构。该实施方式设计的芯片架构准确性高、效率高以及迭代时间短。

技术研发人员：陈铖,张旭琛
受保护的技术使用者：九识（苏州）智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12