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華盛頓大學(xué)的研究人員最近開發(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。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型或類別的函數(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。“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)是非常酷的,因?yàn)榻鉀Q方案對(duì)于設(shè)計(jì)人員或程序員來說是相當(dāng)不直觀或難以實(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。“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)來說是不直觀的,”Lee說。“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)估的電路類型進(jìn)行洞察,”Lee說。“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。“然而,這種觀察到的限制為啟發(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)為這將是我們未來工作中探索的一個(gè)有趣的領(lǐng)域。”
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