一種自動(dòng)合成隨機(jī)計(jì)算電路的新方法

華盛頓大學(xué)的研究人員最近開(kāi)發(fā)了一種新技術(shù)，用于自動(dòng)化隨機(jī)計(jì)算(SC)電路的合成。他們的方法在預(yù)先發(fā)表在arXiv上的論文中提出，它基于隨機(jī)綜合，傳統(tǒng)上是一種程序合成技術(shù)。

隨機(jī)計(jì)算(SC)是一種新興的非傳統(tǒng)計(jì)算方法，它將數(shù)據(jù)編碼為概率比特流，使得設(shè)計(jì)新電路不直觀(guān)。與傳統(tǒng)的二進(jìn)制編碼(BE)計(jì)算方法相比，SC可以實(shí)現(xiàn)更高的計(jì)算密度和更低的功耗。

“隨機(jī)計(jì)算研究的主要挑戰(zhàn)之一是確定設(shè)計(jì)新隨機(jī)回路的新方法，”進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一Vincent Lee告訴TechXplore。“設(shè)計(jì)新型隨機(jī)電路的工程量和洞察力相當(dāng)高，因此尋找新的自動(dòng)化方法來(lái)減少設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)一直是我的研究目標(biāo)。”

用于合成SC電路的現(xiàn)有方法通常限于特定類(lèi)型或類(lèi)別的函數(shù)，例如多項(xiàng)式評(píng)估或恒定縮放。Lee和他的同事們開(kāi)始著手確定一種更有效的合成SC電路的方法，這種方法可能有更廣泛的應(yīng)用。

“我在程序綜合閱讀小組中看到了隨機(jī)綜合，同時(shí)閱讀了Eric Sc??hkufza等人的論文，”Lee說(shuō)。“我是程序綜合領(lǐng)域的新手，我認(rèn)為如何解決優(yōu)化任務(wù)是非?？岬模?yàn)榻鉀Q方案對(duì)于設(shè)計(jì)人員或程序員來(lái)說(shuō)是相當(dāng)不直觀(guān)或難以實(shí)現(xiàn)的。盡管存在一些可擴(kuò)展性限制，但我遇到了問(wèn)題，設(shè)計(jì)新的隨機(jī)電路，往往有小解決方案，所以我認(rèn)為隨機(jī)綜合可能是一個(gè)很好的匹配。“

Lee及其同事設(shè)計(jì)的方法是對(duì)核心隨機(jī)綜合算法的改編，該算法支持電路而不是程序。其背后的一般思想是將所有電路視為高維空間，其中每個(gè)電路都有特定的成本。

該成本由成本函數(shù)定義，捕獲電路相對(duì)于空間中的其他電路的有效性。在他們的研究中，研究人員設(shè)定了成本函數(shù)來(lái)測(cè)量誤差，就規(guī)范定義了他們想要電路做什么。

“然后，該技術(shù)以更好的成本遍歷電路空間到電路，類(lèi)似于梯度下降向更好地優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的參數(shù)集移動(dòng)，”Lee解釋說(shuō)。“這提供了對(duì)電路空間的更智能搜索，比你嘗試使用強(qiáng)力枚舉或隨機(jī)枚舉的解決方案更快地合成有希望的電路。”

研究人員評(píng)估了他們的技術(shù)并將其與其他現(xiàn)有的合成SC電路的方法進(jìn)行了比較。他們發(fā)現(xiàn)隨機(jī)合成比現(xiàn)有方法更通用，有效地合成了手動(dòng)設(shè)計(jì)和新的SC電路。

“我認(rèn)為我們研究中最有意義的結(jié)果是該技術(shù)能夠合成新的電路，而這些電路對(duì)于手工設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是不直觀(guān)的，”Lee說(shuō)。“能夠根據(jù)描述其功能的規(guī)范自動(dòng)生成隨機(jī)電路是隨機(jī)計(jì)算中非常令人興奮的發(fā)展。”

Lee及其同事收集的調(diào)查結(jié)果表明，隨機(jī)綜合有助于自動(dòng)完成合成SC電路的任務(wù)。這最終將減輕SC設(shè)計(jì)人員的重大設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，使他們能夠?qū)Ｗ⒂谄渌蝿?wù)。

“即使該技術(shù)沒(méi)有返回高質(zhì)量的解決方案，它也可能會(huì)返回一個(gè)實(shí)現(xiàn)合理近似的電路，或者對(duì)可能值得進(jìn)一步評(píng)估的電路類(lèi)型進(jìn)行洞察，”Lee說(shuō)。“在這項(xiàng)工作中，我們實(shí)際上發(fā)現(xiàn)了一些有趣的電路，它們使用了我們以前從未考慮過(guò)的微架構(gòu)，這也非常令人興奮。”

研究人員在他們的研究中遇到的主要挑戰(zhàn)之一是可擴(kuò)展性。事實(shí)上，他們的技術(shù)搜索的效率(即給定固定搜索時(shí)間預(yù)算的解決方案的質(zhì)量以及識(shí)別正確解決方案所需的時(shí)間)對(duì)成本函數(shù)敏感，因?yàn)檫@是定義梯度和如何定義搜索遍歷電路空間。

“幸運(yùn)的是，最理想的隨機(jī)電路相對(duì)較小，因此可擴(kuò)展性對(duì)于該技術(shù)的實(shí)用性并不重要，”Lee說(shuō)。“然而，這種觀(guān)察到的限制為啟發(fā)技術(shù)提高了技術(shù)效率留下了很多機(jī)會(huì)，使其可以擴(kuò)展到更大的電路。我認(rèn)為這將是我們未來(lái)工作中探索的一個(gè)有趣的領(lǐng)域。”