C3PU：基于模拟混合信号存内计算的用于 AI 推理的交叉耦合电容处理单元
机器学习
2021-10-13 v1 人工智能
新兴技术
系统与控制
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摘要
本文提出了一种新颖的交叉耦合电容处理单元（C3PU），其支持模拟混合信号存内计算以执行乘加（MAC）运算。C3PU 由一个电容单元、一个 CMOS 晶体管和一个电压-时间转换器（VTC）组成。电容单元作为计算元件，在终端施加被乘数时保持乘数操作数并执行乘法。被乘数是输入电压，使用低功耗 VTC 转换为脉冲宽度信号。晶体管传输该乘法结果并生成电压电平。本文展示了一个能够实现 4 个 MAC 单元的 5x4 C3PU 阵列演示器。该设计已在 65 nm 工艺下通过蒙特卡洛仿真验证。5x4 C3PU 在 0.3 V 电压供电下消耗 66.4 fJ/MAC 的能量，误差为 5.7%。与基于数字的 8x4 位定点 MAC 单元相比，所提出的单元在误差相近的情况下，能耗和面积分别降低 3.4 倍和 3.6 倍。C3PU 已通过人工神经网络用于鸢尾花分类，实现了 90% 的分类准确率，而使用 MATLAB 的理想准确率为 96.67%。
引用
@article{arxiv.2110.05947,
title = {C3PU: Cross-Coupling Capacitor Processing Unit Using Analog-Mixed Signal In-Memory Computing for AI Inference},
author = {Dima Kilani and Baker Mohammad and Yasmin Halawani and Mohammed F. Tolba and Hani Saleh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.05947},
year = {2021}
}
备注
10 pages, 12 figures and 7 tables