CeMux：最大化随机多路复用加法器的精度及其在滤波器设计中的应用
新兴技术
2021-08-31 v2
摘要
随机计算（SC）是一种低成本的计算范式，在数字滤波器设计、图像处理和神经网络中具有广阔应用前景。这些应用的基础是加权加法操作，其最常由多路复用器（mux）树实现。基于多路复用器的加法器面积极小，但当被加数数量较大时，通常需要很长的比特流才能达到实用精度阈值。本工作中，我们首先确定了多路复用器加法器误差的主要来源。随后，我们通过分析与实验证明，两种新技术——精确采样与全相关——能够针对并缓解这些误差源。在硬件中实现这些技术催生了 CeMux（Correlation-enhanced Multiplexer）的设计，这是一种随机多路复用加法器，比传统加权加法器显著更精确且面积小得多。我们针对采用大型数字滤波器的心电图滤波案例研究，将 CeMux 与其他 SC 及混合设计进行比较。一个主要结果是，即使对于大输入规模，CeMux 也表现出高精度。CeMux 更高的精度使其相对于其他设计延迟降低 4 至 16 倍。此外，CeMux 比现有设计少用约 35% 的面积，并且我们证明可用少量精度换取面积进一步减少 50%。最后，我们将 CeMux 与传统二进制设计比较，表明在功耗和延迟与传统设计相近的情况下，CeMux 可实现面积减少 50% 至 73%，但误差水平略高。
引用
@article{arxiv.2108.12326,
title = {CeMux: Maximizing the Accuracy of Stochastic Mux Adders and an Application to Filter Design},
author = {Timothy J. Baker and John P. Hayes},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.12326},
year = {2021}
}