一种计算器件、计算系统及计算方法技术方案

本申请公开一种计算器件、计算系统及计算方法，计算器件包括：数据存储芯片组件，包括至少一层数据存储芯片；动态重构存储芯片组件，包括至少一层动态重构存储芯片，所述动态重构存储芯片包括多个动态重构存储阵列；可重构计算芯片组件，包括至少一层瞬时重构计算芯片和至少一层瞬时重构芯片，所述瞬时重构计算芯片包括多个瞬时重构计算阵列，所述瞬时重构芯片包括多个瞬时重构阵列。能够改善现有计算器件的存储访问结构，避免数据在数据存储阵列中的频繁搬移，降低全局内部存储访问开销，提高计算效率，降低计算功耗。降低计算功耗。降低计算功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种计算器件、计算系统及计算方法


[0001]本申请涉及集成芯片
，尤其涉及一种计算器件、计算系统及方法。

技术介绍

[0002]三维芯片作为计算器件的存内计算系统是克服存储墙的有效手段，上位系统可以通过标准DDR(双倍速率同步动态随机存储器)接口，DDR接口可以是DDR1、DDR2、DDR3、DDR4、DDR5和LPDDR2、LPDDR3、LPDDR4、LPDDR5以及GDDR1、GDDR2、GDDR3、GDDR4、GDDR5、GDDR6等，对存内计算系统写入数据以及配置控制指令等，存内计算系统计算完毕后，上位系统取回计算结果。计算结果的输入和输出均通过计算系统的外部接口传输，需要经过存储墙；计算中间过程的存储访问是在存内计算系统中完成的。绝大部分存储访问在存内计算系统中，多个计算步骤执行过程中的计算数据共享，能够降低存储墙壁垒，即减少通过存储墙的存储访问带来的功耗增加和带宽降低。
[0003]然而，现有三维芯片作为计算器件的存内计算系统，通常是计算阵列在所对应存储阵列中通过局部内部存储访问完成阶段计算后，下一个计算阵列在与其对应的下一个存储阵列中通过局部内部存储访问执行下一个阶段计算，依次逐级完成所有计算过程，上一个计算阵列的计算结果通常是下一个计算阵列的输入数据的一部分，随着计算阵列位置的变化(计算阵列的转换)，计算数据也需要进行数据转移，相邻计算阵列之间存在数据级联。在计算过程中，随着数据转移量的增多，会带来全局内部存储访问的巨大开销，进而计算效率降低。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种计算器件、计算系统及计算方法，能够改善现有三维芯片作为计算器件的存储访问结构，避免数据在数据存储阵列中的频繁搬移，降低全局内部存储访问开销，提高计算效率。
[0005]本申请实施例的第一方面，提供一种计算器件，包括：
[0006]数据存储芯片组件，包括至少一层数据存储芯片，所述数据存储芯片包括多个数据存储阵列，所述数据存储阵列用于存储目标数据和目标指令；
[0007]动态重构存储芯片组件，包括至少一层动态重构存储芯片，所述动态重构存储芯片包括多个动态重构存储阵列，所述动态重构存储阵列用于存储计算功能配置文件；
[0008]可重构计算芯片组件，包括至少一层瞬时重构计算芯片和至少一层瞬时重构芯片，所述瞬时重构计算芯片包括多个瞬时重构计算阵列，所述瞬时重构芯片包括多个瞬时重构阵列，所述瞬时重构阵列用于根据所述目标指令的指令序列通过所述动态重构存储阵列获得至少一个目标计算功能配置文件、根据获得的所述目标计算功能配置文件完成功能配置，所述瞬时重构计算阵列用于基于所述目标数据，执行所述目标指令的指令序列中记录的至少一个目标计算功能，其中，所述目标计算功能配置文件是所述动态重构存储阵列存储的与所述目标计算功能对应的所述计算功能配置文件。
[0009]本申请实施例的第二方面，提供一种计算系统，包括：如第一方面所述的计算器件和上位系统，所述计算器件包括外部存储访问接口；
[0010]所述上位系统连接所述外部存储访问接口，通过所述外部存储访问接口向所述计算器件下发目标指令和目标数据。
[0011]本申请实施例的第三方面，提供一种计算器件的计算方法，应用于如第一方面所述的计算器件，方法包括：
[0012]根据目标指令，数据存储芯片组件的数据存储阵列存储目标数据和所述目标指令；
[0013]可重构计算芯片组件的瞬时重构阵列通过动态重构存储芯片组件的动态重构存储阵列按照所述目标指令的指令序列中记录的至少一个目标计算功能获得对应的至少一个目标计算功能配置文件；
[0014]所述瞬时重构阵列配置获得的至少一个所述目标计算功能配置文件；
[0015]瞬时重构计算阵列基于所述目标数据，按照所述目标指令的顺序，执行所述目标计算功能，得到对应的结果数据。
[0016]本申请实施例提供的计算器件、计算系统及计算方法，通过设置数据存储芯片组件中的数据存储阵列存储上位系统下发的目标指令和目标数据，设置动态重构存储芯片组件中的动态重构存储阵列存储计算功能配置文件，设置可重构计算芯片组件中的瞬时重构阵列获取目标计算功能配置文件并进行目标计算功能的配置，瞬时重构计算阵列执行瞬时重构阵列配置的目标计算功能。瞬时重构阵列一次性可以获取至少一个目标计算功能配置文件，并完成对应目标计算功能的配置，在一个目标指令的执行过程中，只有瞬时重构阵列第一次获取目标指令的指令序列中记录的所有目标计算功能或者部分目标计算功能对应的目标计算功能配置文件时，瞬时重构计算阵列需要等待瞬时重构阵列的第一次功能配置完成，瞬时重构阵列的第一次功能配置完成后，瞬时重构计算阵列即可执行配置完成的对应目标计算功能，后续瞬时重构计算阵列可以迅速切换并执行对应其它目标计算功能，无需等待瞬时重构阵列的功能配置。瞬时重构计算阵列的执行的计算功能决定于瞬时重构阵列配置生效的目标计算功能，瞬时重构计算阵列的计算功能是可以重构的。针对现有技术中的三维芯片的计算器件，计算阵列的计算功能固定，计算过程中一个计算目标完成后，下一个计算功能转向另一个计算阵列，并伴随上一个计算功能所产生的中间结果，被下一个计算功能所对应的计算阵列所访问，由此，所有的计算阵列与所有的数据存储阵列之间需要建立内部全局存储访问网络连接，在一个目标指令的计算过程中，计算阵列在数据存储阵列中通过局部内部存储访问完成阶段计算后，下一个计算阵列在下一个数据存储阵列中通过局部内部存储访问执行下一个阶段计算，依次逐级完成所有计算过程，上一个计算阵列的计算结果作为下一个计算阵列的输入数据，随着计算阵列的转换，计算数据也需要进行数据转移，在计算过程中，随着数据转移量增多，会带来全局内部存储访问的巨大开销，进而降低计算效率，将严重影响三维芯片的计算器件的经济性和实用性。另外，用于数据搬移而必须设计的内部全局存储访问总线不仅会占用计算阵列芯片中大量面积，还会破坏计算阵列芯片中的设计布局，导致系统性能下降。因此，针对现有技术存在的问题，本申请实施例提供的计算器件，通过设置瞬时重构计算阵列和瞬时重构阵列，使得瞬时重构计算阵列执行的计算功能可重构，一个目标指令对应的所有目标计算功能或者部分目标计算功能
可以在同一个瞬时重构计算阵列中完成，无需对瞬时重构计算阵列和数据存储阵列建立内部全局存储访问网络连接，可以建立瞬时重构计算阵列与数据存储阵列的一对一连接或者多对一连接，能够避免在一个目标指令下的计算过程中进行大量的内部全局存储访问，避免瞬时重构计算阵列的频繁切换以及数据的大量转移，能够极大的提高计算器件的计算效率，降低计算功耗。另外，在瞬时重构计算阵列执行目标指令的指令序列中记录的目标计算功能过程中，瞬时重构计算阵列需要等待瞬时重构阵列的第一次功能配置完成，执行两个相邻目标计算功能的中间无需等待瞬时重构阵列的计算功能配置，能够进一步节省目标指令的目标计算功能的执行效率的时间，提升目标指令的目标计算功能的执行效率，从而进一步提高计算器件的计算效率，进一步降低计算功耗。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算器件，其特征在于，包括：数据存储芯片组件，包括至少一层数据存储芯片，所述数据存储芯片包括多个数据存储阵列，所述数据存储阵列用于存储目标数据和目标指令；动态重构存储芯片组件，包括至少一层动态重构存储芯片，所述动态重构存储芯片包括多个动态重构存储阵列，所述动态重构存储阵列用于存储计算功能配置文件；可重构计算芯片组件，包括至少一层瞬时重构计算芯片和至少一层瞬时重构芯片，所述瞬时重构计算芯片包括多个瞬时重构计算阵列，所述瞬时重构芯片包括多个瞬时重构阵列，所述瞬时重构阵列用于根据所述目标指令的指令序列通过所述动态重构存储阵列获得至少一个目标计算功能配置文件、根据获得的所述目标计算功能配置文件完成功能配置，所述瞬时重构计算阵列用于基于所述目标数据，执行所述目标指令的指令序列中记录的至少一个目标计算功能，其中，所述目标计算功能配置文件是所述动态重构存储阵列存储的与所述目标计算功能对应的所述计算功能配置文件。2.根据权利要求1所述的计算器件，其特征在于，所述瞬时重构阵列用于获得所述目标指令的指令序列中记录的所有所述目标计算功能对应的所有所述目标计算功能配置文件，并完成功能配置。3.根据权利要求2所述的计算器件，其特征在于，所述瞬时重构阵列包括多路选择器和至少两个配置存储模块，所述配置存储模块用于获得所述目标指令的指令序列中记录的所有所述目标计算功能对应的所有所述目标计算功能配置文件，并完成功能配置；所述多路选择器用于基于所述目标指令的指令序列中记录的顺序，选择连接配置有对应所述目标计算功能的所述配置存储模块，以使所述瞬时重构计算阵列执行所述配置存储模块中配置的所述目标计算功能。4.根据权利要求1所述的计算器件，其特征在于，所述瞬时重构阵列包括多路选择器、第一配置存储器和第二配置存储器；所述多路选择器用于基于所述目标指令的指令序列中记录的顺序，选择连接配置有当前所述目标计算功能的所述第一配置存储器，以使所述瞬时重构计算阵列执行所述第一配置存储器配置的当前所述目标计算功能；所述第二配置存储器用于在所述瞬时重构计算阵列执行所述第一配置存储器配置的当前所述目标计算功能时，通过所述动态重构存储阵列按照所述目标指令的指令序列中记录的所述目标计算功能获得下一个所述目标计算功能配置文件并完成功能配置。5.根据权利要求1所述的计算器件，其特征在于，所述数据存储阵列和所述瞬时重构计算阵列一一对应；和/或，所述瞬时重构计算阵列与所述瞬时重构阵列一一对应。6.根据权利要求5所述的计算器件，其特征在于，执行所述目标指令的指令序列中记录的所有所述目标计算功能的所述瞬时重构计算阵列为同一个所述瞬时重...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭一欣，刘琦，周骏，唐秦伟，
申请(专利权)人：西安紫光国芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：