[发明专利]一种忆阻器阵列上符号数映射方法

说明书

本发明公开了一种忆阻器阵列上符号数映射方法，该映射方法将有符号数以补码的表达形式直接映射在忆阻器阵列上，并依据不同映射数的位宽以及忆阻器精度获得映射方案。首先，需要确认当前忆阻器类型器件为二值还是多值，如果是多值器件需再确认单元精度；然后，确定所映射符号数的位宽，并将符号数转为补码形式下的二进制数；最后，得出该符号数映射方案。本发明适用于神经网络计算，该方法映射符号数所占用忆阻器资源消耗小，通用性强，数值覆盖范围和实际表达范围一样。

技术领域

本发明涉及新型智能计算领域，尤其是涉及一种忆阻器阵列上符号数映射方法。

背景技术

当前对于忆阻器的研究越来越广泛，涉及的领域也各式各样，如安全、数学、人工智能领域。在人工智能领域，忆阻器常常被用来作为神经网络计算的工具与媒介，其高读写速度、低功耗、高并行度的特性被充分的体现出。忆阻器，记忆电阻器（Memristor）是表示磁通与电荷关系的电路器件，与电阻不同，忆阻的阻值是由流经它的电荷确定，通过测定忆阻的阻值，便可知道流经它的电荷量，从而有记忆电荷的作用。并且，基于忆阻的随机存储器的集成度、功耗、读写速度都要比传统的随机存储器优越。此外，忆阻是硬件实现人工神经网络突触的最好方式。由于忆阻的非线性性质，可以产生混沌电路，从而在保密通信中也有很多应用。

阻变忆阻器（Resistive Random Access Memory，ReRAM）作为忆阻器中研究较为广泛的一种，可以根据其上下两级施加的不同电压可以变换其电导值，根据这个特性，ReRAM可以作为实现存储器和处理器一体化“存算一体”芯片的基本单元。

ReRAM器件构成的阵列，可以将矩阵中对应的元素值对应ReRAM器件的电导值。由欧姆定律可以得到，器件输出的电流值就是电压值和电导值的乘积计算结果；又根据基尔霍夫定律，则各列的总的输出电流就应该等于该行中每一个器件电流之和，通过乘累加计算，即完成了卷积运算，整个计算过程不需要数据的搬移，在电导和电压施加的一个瞬间就可以完成卷积运算。极大降低了传统矩阵运算的复杂度，降低了系统的功耗。

但是，在通过忆阻器做矩阵计算的过程中，对于神经网络权重值的映射，现有技术中一方面，会采用将有符号数以无符号数值映射在一个正忆阻器阵列和一个负忆阻器阵列上，然后对于计算结果做差，得到最终值，但该方法会占用较多忆阻器的资源，在数值表达范围上，也会损失一个最小负数值。另一方面，是通过改变器件或者增加模拟电路，来实现对于符号数的映射，该方法比较复杂，且降低了通用性。

发明内容

为解决现有技术的不足，将有符号数以补码的表达形式，直接映射在忆阻器阵列上，并依据不同映射数的位宽以及忆阻器精度，获得映射方案，实现降低忆阻器资源占用，避免损失一个最小负数值，提高通用性的目的，本发明采用如下的技术方案：

一种忆阻器阵列上符号数映射方法，包括如下步骤：

S1，获取忆阻器类型；

S2，当忆阻器是多值器件时，获取其单元精度m；

S3，获取待映射符号数的位宽N；

S4，将待映射符号数转为二进制补码形式；

S5，将二进制的N位符号数，映射在1+n个多值忆阻器上，其中最高位为符号位，由一个多值忆阻器存储，当不为整数时，剩余的多值忆阻器数量向上取整，并将多出的空位用符号位补全，放到原符号位后，并存储到n个多值忆阻器中。

进一步地，S5包括如下步骤：

S51，第一个多值忆阻器存放符号位；

S52，当不为整数时，获取其余数q；