[发明专利]用于在存储器阵列内执行矩阵变换的方法和设备

说明书

本文公开了用于在存储器结构内执行矩阵变换的方法和设备。本公开的各种实施例针对将存储器阵列转换成用于矩阵变换的矩阵结构以及在其中执行矩阵运算。本文所描述的示范性实施例在包含矩阵结构和矩阵乘法单元(MMU)的存储器装置内执行矩阵变换。在一个示范性实施例中，所述矩阵结构使用电阻元件的“纵横”构造。每个电阻元件存储表示相应矩阵系数值的阻抗水平。纵横连接可以用将输入向量表示为模拟电压的电信号来驱动。所得到的信号可以由MMU从模拟电压转换成数字值，以产生向量‑矩阵乘积。在某些情况下，所述MMU还可以在数字域内执行各种其它逻辑运算。

优先权

本申请要求于2019年5月3日提交的题为“用于在存储器阵列内执行矩阵变换的方法和设备(METHODS AND APPARATUS FOR PERFORMING MATRIX TRANSFORMATIONS WITHIN AMEMORY ARRAY)”的第16/403,245号美国专利申请的优先权，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

以下一般涉及数据处理和装置架构的领域。具体地，公开了一种处理器-存储器架构，其将存储器阵列转换为矩阵结构以用于矩阵变换并在其中执行矩阵运算。

背景技术

存储器装置被广泛用来在如计算机、无线通信装置、相机、数字显示器等各种电子装置中存储信息。信息通过对存储器装置的不同状态进行编程来存储。例如，二进制装置具有两个状态，通常由逻辑“1”或逻辑“0”表示。为存取所存储的信息，存储器装置可以读取(或感测)存储器装置中的所存储的状态。为存储信息，存储器装置可以将所述状态写入(或编程)到存储器装置中。所谓的易失性存储器装置可能需要电力来维持此存储的信息，而非易失性存储器装置甚至在存储器装置本身例如已进行电力循环之后仍可持久地存储信息。不同的存储器制造方法和构造实现不同的能力。例如，动态随机存取存储器(DRAM)廉价地提供高密度易失性存储。初期的研究是针对电阻式随机存取存储器(ReRAM)，其具有类似于DRAM的非易失性性能。

处理器装置通常结合存储器装置使用以执行无数不同的任务和功能。在操作期间，处理器执行来自存储器的计算机可读指令(通常被称为“软件”)。计算机可读指令定义基本算术、逻辑、控制、输入/输出(I/O)操作等。如计算领域中众所周知的，相对基本的计算机可读指令在按顺序组合时可执行各种复杂行为。处理器倾向于强调不同于存储器装置的电路构造和制造技术。例如，处理性能一般与时钟速率有关，因此大多数处理器制造方法和构造强调非常高速率的晶体管开关结构等。

随着时间的推移，处理器和存储器的速度和功耗都增加了。典型地，这些改进是由于装置尺寸缩小的结果，因为电信令在物理上受到传输媒体的电介质和距离的限制。如前所述，大多数处理器和存储器是用不同的制造材料和技术制造的。因此，即使处理器和存储器继续改进，处理器与存储器之间的物理接口是整个系统性能的“瓶颈”。更直接地，无论处理器或存储器能够独立运行多快，处理器和存储器的组合系统的性能都受限于接口所允许的传输速率。这种现象具有几个常见的名称，例如“处理器-存储器壁”、“冯诺依曼瓶颈效应”等。

发明内容

本发明尤其提供了用于将存储器阵列转换成矩阵结构以用于矩阵变换并在其中执行矩阵运算的方法和设备。