近日，2024年IEEE國際計(jì)算機(jī)算術(shù)運(yùn)算研討會(huì)（ARITH）在西班牙馬拉加舉行。在本屆ARITH上，我院EICAS實(shí)驗(yàn)室劉偉強(qiáng)教授、陳珂副研究員、陳輝副研究員團(tuán)隊(duì)的兩篇高水平論文入選。陳輝副研究員及研究生崔子英赴西班牙參加了此次盛會(huì)，向國際計(jì)算機(jī)與集成電路設(shè)計(jì)算法領(lǐng)域的同行展示了南航最新研究成果。

1 高基廣義雙曲CORDIC算法

GH-CORDIC（Generalized Hyperbolic Coordinate Rotation Digital Computer）算法即廣義雙曲坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算方法，能夠直接計(jì)算任意固定基的對(duì)數(shù)和指數(shù)函數(shù)。它可以廣泛地應(yīng)用于數(shù)字信號(hào)處理、通信系統(tǒng)以及人工智能算法中，但傳統(tǒng)的radix-2 GH-CORDIC需要通過較多的迭代次數(shù)才能實(shí)現(xiàn)高精度計(jì)算，因此主要存在計(jì)算延時(shí)較長等缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用范圍。

針對(duì)上述問題，我院劉偉強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)陳輝副研究員提出了一種高基廣義雙曲CORDIC算法。該算法在保證原計(jì)算功能的前提下，可以與radix-2 GH-CORDIC保持同等計(jì)算精度，但迭代次數(shù)大大減少，且不需要額外的重復(fù)迭代次數(shù)就可以保證收斂性。該工作首先闡述了高基GH-CORDIC的一般迭代公式，然后證明了其收斂性和迭代方向判定準(zhǔn)則，并通過軟件仿真驗(yàn)證了理論的正確性，最后還提出了其硬件高效實(shí)現(xiàn)的方法。

基于上述算法理論，采用radix-4算法至少可以降低50%的迭代次數(shù)，采用radix-8算法至少可以降低66.7%的迭代次數(shù)等等。從整體性能角度來說，在設(shè)計(jì)pipeline架構(gòu)時(shí)，radix-4 GH-CORDIC不僅迭代次數(shù)相對(duì)較少，而且其硬件面積和功耗開銷也可以進(jìn)一步減少，因此在高精度—高實(shí)時(shí)系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

該工作以“HGH-CORDIC: A High-Radix Generalized Hyperbolic Coordinate Rotation Digital Computer”為題發(fā)表于ARITH，文章的第一作者和宣講人是我輝副研究員，文章的通訊作者是劉偉強(qiáng)教授。

為了在維持應(yīng)用精度和性能的情況下降低硬件開銷，近似乘法器這一重要計(jì)算部件近年來獲得了廣泛關(guān)注。然而，如何在諸多近似乘法器設(shè)計(jì)中為特定應(yīng)用選擇最佳乘法器一直是一個(gè)困難而耗時(shí)的工作。

針對(duì)上述問題，我院EICAS實(shí)驗(yàn)室劉偉強(qiáng)教授、陳珂副研究員團(tuán)隊(duì)提出了一種新穎的近似乘法器誤差與硬件模型，該模型考慮了輸入分布，顯著提高了仿真效率。該模型對(duì)通用三段式近似乘法器的五種常用誤差指標(biāo)公式進(jìn)行化簡(jiǎn)，適用的近似手段包括輸入截?cái)嗯c部分積截?cái)?，近似編碼，近似壓縮等。與基于仿真的方法相比，所提出的誤差模型仿真時(shí)間平均減少了120.85倍，特定情況下可達(dá)到2500倍。論文將此模型應(yīng)用于3*3卷積電路的設(shè)計(jì)空間探索，與精確模型相比，顯著減少了功耗和芯片面積。此外，通過圖像應(yīng)用設(shè)計(jì)空間探索的任務(wù)驗(yàn)證了該模型的實(shí)用性。

該工作以A Time Efficient Comprehensive Model of Approximate Multipliers for Design Space Exploration為題，發(fā)表于今年ARITH，文章的第一作者是我院碩士生崔子英，文章的通訊作者是陳珂副研究員。