忆阻器交叉阵列的参数配置方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及计算机及电子信息技术领域，特别设及一种忆阻器交叉阵列的参数配 置方法。
【背景技术】
[0002] 随着数据规模的迅速提升，W及神经元网络等非精确性数据处理算法的广泛应 用，怎样利用计算机硬件高速、低功耗地处理数据成为关键的问题。运其中很多非精确数 据处理算法设及到大量的矩阵向量乘法运算。中央处理器（CPU)在进行矩阵向量乘法时受 限于串行处理和数据读取的带宽限制，运算效率低下；而图形处理器（GPU)在进行矩阵向 量乘法时虽然并行计算效率较高，但能耗较大。利用阻值可变的交叉阵列进行模拟矩阵向 量乘法是解决运些问题的有效方法。首先，算法的非精确性允许模拟矩阵向量乘法的运算 存在一定的误差；其次，模拟矩阵向量乘法可W将矩阵向量乘法的算法复杂度由0(n2)降为 0(1)，极大地提高了计算效率；最后，相比于数字矩阵向量乘法，模拟矩阵向量乘法的运算 功耗极低。然而，如何有效地将矩阵向量乘法的系数映射到交叉阵列电路中的参数，达到运 算精度、功耗的最佳结果，是个非常关键的问题。
[0003] 阻值可变的交叉阵列结构是由横向和纵向分布的金属线，W及金属线交叉点上的 阻值可变器件构成的。忆阻器是一种阻值可变的器件，其具有集成度高，读写速度快，操作 功耗低，耐受度强，阻值连续可调并且与传统CMOS工艺兼容等优点。因此，忆阻器是交叉阵 列节点上阻值可变器件的理想选择。当交叉阵列的每行输入不同幅值的电压后，同一列上 的忆阻器会将相应的电压加权转化为电流并求和输出。为了将求和电流转化为电压输出， 在每列的输出端口接负载电阻，外围电路只需读取负载电阻上的电压值即可。然而，忆阻器 交叉阵列存在着一系列非理想的因素，例如：忆阻器的电流-电压特性曲线带有极强的非 线性，忆阻器的阻值存在一定范围，在尺度缩减过程中互联线电阻会引起电压降，阵列的大 小会对计算精度造成影响。因此，如何合理地将运些非理想因素考虑到忆阻器交叉阵列电 路的参数映射过程中是亟待解决的。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
[0005] 为此，本发明的目的在于提出一种忆阻器交叉阵列的参数配置方法，该方法可W 克服电路实际非理想因素，并且简单便捷。
[0006] 为达到上述目的，本发明实施例提出了一种忆阻器交叉阵列的参数配置方法，包 括W下步骤：S1 :获取忆阻器模型、矩阵参数、矩阵大小和工艺节点；S2 :对忆阻器交叉阵列 中配置参数进行初始化，配置参数包括输出端口的负载电阻、忆阻器的最大电阻值和最小 电阻值中的一个或多个参数；S3 :根据所述配置参数将所述矩阵参数映射至所述交叉阵列 中忆阻器模型的忆阻器参数中；S4 :确定交叉阵列的输入电压向量幅值，W根据输入电压 向量幅值、映射后的忆阻器模型、所述矩阵大小和所述工艺节点获取所述交叉阵列进行模 拟矩阵向量乘法的精度和功耗；S5 :如果所述精度和功耗满足配置条件，则输出当前输出 端口的负载电阻、忆阻器的最大电阻值和最小电阻值中的一个或多个参数；W及S6:如果 所述精度和功耗不满足所述配置条件，则对所述忆阻器交叉阵列中输出端口的负载电阻、 所述忆阻器的最大电阻值和最小电阻值等可配置参数进行调整，并转至所述S3。
[0007] 根据本发明实施例提出的忆阻器交叉阵列的参数配置方法，首先获取忆阻器模 型、矩阵参数、矩阵大小和工艺节点，其次在初始化之后，将矩阵参数映射至忆阻器参数中， 通过输入电压向量幅值获取的精度和功耗判断是否需要对输出端口的负载电阻、最大电阻 值和最小电阻值等可配置参数进一步调整，W输出最优配置，实现克服电路实际非理想因 素的目的，从而应用于模拟矩阵向量乘法运算，提高运算精度、功耗的最佳结果，同时优化 功耗参数，有效地将矩阵向量乘法的参数映射至交叉阵列电路中的参数中，简单便捷。
[000引另外，根据本发明上述实施例的忆阻器交叉阵列的参数配置方法还可W具有如下 附加的技术特征：
[0009] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述忆阻器模型包括非线性电压-电流特 性曲线和/或阻值的随机偏差。
[0010] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述配置条件为获取所述模拟矩阵向量乘 法的精度达到预设次数和/或所述负载电阻上的输出模拟信号达到预设分辨值和/或功耗 达到预设功耗范围。
[0011] 进一步地，在本发明的一个实施例中，根据交叉阵列参数的鲁棒性将所述矩阵参 数映射至所述忆阻器参数中。
[0012] 进一步地，在本发明的一个实施例中，根据所述忆阻器的阻值对所述模拟矩阵向 量乘法的精度进行计算，或根据所述忆阻器交叉阵列中与输入端相距最远的输出端口的相 对计算误差估算所述模拟矩阵向量乘法的精度，所述估算相对计算误差的公式为：
[0013]
[0014] 其中，％^为所述忆阻器交叉阵列的实际输出电压值，为所述忆阻器交叉阵列 的理论输出电压值，G为所述相对计算误差。
[0015] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0016] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中：
[0017] 图1为根据本发明实施例的忆阻器交叉阵列的参数配置方法的流程图；
[001引图2为根据本发明一个实施例的忆阻器交叉阵列的参数配置方法的流程图；
[0019] 图3为根据本发明一个实施例的忆阻器交叉阵列的结构和参数示意图；
[0020] 图4为根据本发明一个实施例的忆阻器交叉阵列的不同配置方案下功耗与计算 误差结果的示意图。
【具体实施方式】
[0021] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0022] 此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可W明示或 者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个W 上，除非另有明确具体的限定。
[0023] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、'哺连"、'嘴接"、"固定"等 术语应做广义理解，例如，可W是固定连接，也可W是可拆卸连接，或一体地连接；可W是机 械连接，也可W是电连接；可W是直接相连，也可W通过中间媒介间接相连，可W是两个元 件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可W根据具体情况理解上述术语在本发 明中的具体含义。
[0024] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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触，也可W包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它 们之间的另外的特征接触。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，或仅仅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，或仅仅表 示第一特征水平高度小于第二特征。
[0025] 下面参照附图描述根据本发明实施例提出的忆阻器交叉阵列的参数配置方法。参 照图1所示，该配置方法包括W下步骤：
[0026] Sl:获取忆阻器模型、模拟矩阵向量乘法的矩阵参数、模拟矩阵向量乘法的矩阵大 小和工艺节点。
[0027] 其中，在本发明的一个实施例中，忆阻器模型包括非线性电压-电流特性曲线和 阻值的随机偏差。
[0028] 参照图2所示，本发明实施例首先给定忆阻器模型、特定应用需求的模拟矩阵向 量乘中的矩阵系数和大小（即模