ALLMod：基于混合工作负载的 LUT 基于大数模运算领域效率探索

模运算，特别是模约简，是 homomorphic encryption(HE) 和 zero-knowledge proof(ZKP) 等密码学应用中广泛使用的方法。高位宽运算对于增强安全性至关重要，但由于大量模运算的需求，其计算密集。查找表(LUT)基于的方法是一种“以空间换时间”技术，通过将输入数字分割为更小的比特组，预计算每个比特组的模约简结果，并将这些结果存储在 LUT 中。虽然有效，但该方法因大量 LUT 使用而导致显著的硬件开销。本文引入 ALLMod，通过采用混合工作负载改进 LUT 基于大数模约简的面积效率。灵感来自迭代方法，ALLMod 将比特组分为两个 distinct 工作负载，在不牺牲吞吐量的前提下实现更低的面积开销。我们首先开发一个模板来促进工作负载分配，并确保分布平衡。随后进行设计空间探索，以评估融合工作负载结果的最佳时机，从而在特定约束下识别最有效的设计。广泛的评估显示，ALLMod 在位宽为 128 和 8192 时，分别比传统 LUT 基于方法实现了 $1.65\times$ 和 $3\times$ 的面积效率提升。