(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111675251.6 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 上海集成电路装备 材料产业创新中 心有限公司 地址 201800 上海市嘉定区叶城路128 8号6 幢JT2216室 申请人 上海集成电路研发中心有限公司 (72)发明人 张飞翔　李琛　余学儒　段杰斌　 杨何勇　 (74)专利代理 机构 上海恒锐佳知识产权代理事 务所(普通 合伙) 31286 代理人 黄海霞 (51)Int.Cl. G06N 3/063(2006.01) G06N 3/04(2006.01)G06N 3/08(2006.01) (54)发明名称 实现卷积运 算的电路及其方法 (57)摘要 本发明提供了一种实现卷积运算的电路， 包 括编码模块、 数模转换模块、 存储器阵列、 参考阵 列、 调整模块、 符号列处理模块和计算模块； 编码 模块用于获取符号位和权重编码； 数模转换模块 用于将输入数字信号转换为电压信号； 存储器阵 列用于映射所述权重编码并输出第一电流信号； 调整模块用于依据所述第一电流信号获取所述 第一电流信号； 符号列处理模块用于获取符号 列， 并输出符号列输出值； 计算模块用于获取卷 积输出值。 本发 明所提供的实现卷积运算的电路 节省了存储器的数量， 降低了卷积运算的繁琐 度， 提高了卷积运算效率和准确性。 本发明还提 供了一种实现卷积运 算的方法。 权利要求书3页 说明书12页 附图5页 CN 114330694 A 2022.04.12 CN 114330694 A 1.一种实现卷积运算的电路， 其特征在于， 包括编码模块、 数模转换模块、 存储器阵列、 调整模块、 符号列处 理模块和计算模块； 所述编码模块用于依据量化后的权重信号的范围获取符号位， 并对所述量化后的权重 信号进行编码以得到 权重编码； 所述数模转换模块用于将外部输入的数字信号转换为电压信号， 并将所述电压信号传 输至所述存 储器阵列， 以作为所述存 储器阵列的输入； 所述存储器阵列用于映射所述权重编码， 并在接收所述电压信号后， 所述存储器阵列 的每一列 均输出第一电流信号； 所述调整模块用于依据所述第一电流信号获取第一输出信号； 所述符号列处理模块用于依据 所述符号位获取符号列， 所述符号列为所述存储器阵列 中符号位所在的列， 并依据所述符号列和所述第一输出信号输出符号列输出值； 所述计算模块用于依据所述符号列输出值和第一输出信号获取 卷积输出值。 2.如权利要求1所述的实现卷积运算的电路， 其特征在于， 所述存储器阵列包括若干卷 积核映射单元， 每个所述卷积核映射单元映射一个所述权重编码， 每个卷积核映射单元中 包括一个所述符号列和若干非符号列， 所述符号列和若干非符号列分别输出所述第一电流 信号。 3.如权利要求2所述的实现卷积运算的电路， 其特征在于， 所述符号列处理模块与 所述 符号列的输出端连接， 用于对所述符号列输出的第一输出信号进 行取相反数运算以输出所 述符号列输出值。 4.如权利要求2所述的实现卷积运算的电路， 其特征在于， 所述符号列和所述非符号列 均包括m个第一存 储单元， 所述m为 正整数； 同一行的所有所述第一存 储单元均连接， 并接收所述输入电压信号； 同一列的所有所述第一存 储单元均连接 。 5.如权利要求4所述的实现卷积运算的 电路， 其特征在于， 还包括参考阵列， 所述参考 阵列连接所述数模转换模块的输出端以接收所述电压信号， 所述参考阵列的输出端连接所 述调整模块， 所述调整模块的输出端连接所述符号列处 理模块； 所述调整模块通过所述参考电流信号对所述第一电流信号进行调整以获取所述第一 输出信号。 6.如权利要求5所述的实现卷积运算的电路， 其特征在于， 所述参考阵列包括呈一列分 布的m个第二存储单元， 所述m为正整数， 每个所述第二存储单元与其同行的所述第一存储 单元连接。 7.如权利要求4所述的实现卷积运算的电路， 其特征在于， 所述调整模块包括电流减法 电路、 第一电流 转电压单 元和第一模数转换 单元； 所述电流减法电路的输入端连接所述存储器阵列的电流输出端和所述参考阵列的电 流输出端， 所述电流减法电路用于对所述存储器阵列的每一列输出的第一电流信号与所述 参考电流信号分别执 行减运算， 以输出若干第二电流信号； 所述第一电流转电压电压单元的输入端连接所述电流减法电路的输出端， 所述第 一电 流转电压单 元用于将所述第二电流信号 转换为第一电压信号； 所述第一模数转换单元的输入端连接所述第 一电流转电压单元的输出端， 所述第 一模权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114330694 A 2数转换单元用于对所述第一电压信号进行模数信号 转换以输出 所述第一输出信号。 8.如权利要求4所述的实现卷积运算的电路， 其特征在于， 所述调整模块包括第 二电流 转电压单元、 第三电流转电压单元、 第二模数转换单元、 第三模数转换单元和数字域减法 器； 所述第二电流转电压单元的输入端连接所述存储器阵列的电流输出端， 所述第 二电流 转电压单元的输出端连接所述第二模数转换单元的输入端， 所述第二电流转电压单元用于 将所述第一电流信号转换为第二电压信号， 所述第二模数转换单元于将所述第二电压信号 转换为第一数字信号； 所述第三电流转电压单元的输入端连接所述参考阵列的电流输出端， 所述第 三电流转 电压单元的输出端连接所述第三模数转换单元的输入端， 所述第三电流转电压单元用于将 所述参考电流信号转换为第三电压信号， 所述第三模数转换单元用于将所述第三电压信号 转换为第二数字信号； 所述第二模数转换单元的输出端连接所述数字域减法器的第 一输入端， 所述第 三模数 转换单元的输出端连接所述数字域减法器的第二输入端， 所述数字域减法器用于对所述第 一数字信号和所述第二数字信号执 行减运算以输出 所述第一输出信号。 9.一种实现卷积运 算的方法， 其特 征在于， 包括 步骤： 依据量化后的权重信号的范围获取符号位， 对所述量化后的权重信号进行编码以得到 权重编码； 通过存储器阵列映射所述权 重编码； 将输入数字信号转换为电压信号以作为所述存储器阵列的输入电压信号， 使所述存储 器阵列的每一列 均输出第一电流信号； 依据所述第一电流信号获取第一输出信号； 依据所述符号位获取符号列， 所述符号列为所述存储器阵列中符号位所在的列， 并依 据所述符号列和所述第一输出信号输出符号列输出值； 依据所述符号列输出值和第一输出信号获取 卷积输出值。 10.如权利要求9所述的实现卷积运算的方法， 其特征在于， 依据所述第一电流信号获 取第一输出信号的步骤 包括： 设置参考电流信号对所述第一电流信号进行调整以获取 所述第一输出信号。 11.如权利要求10所述的实现卷积运算的方法， 其特征在于， 设置参考电流信号对所述 第一电流信号进行调整以获取 所述第一输出信号的步骤 包括： 对所述存储器阵列的每一列输出的第一电流信号与所述参考电流信号分别执行减运 算， 以得到若干第二电流信号； 将所述第二电流信号 转换为第一电压信号； 对所述第一电压信号进行模数信号 转换以输出 所述第一输出信号。 12.如权利要求10所述的实现卷积运算的方法， 其特征在于， 设置参考电流信号对所述 第一电流信号进行调整以获取 所述第一输出信号的步骤 包括： 将所述第一电流信号转换为第二电压信号， 将所述第二电压信号转换为第一数字信 号； 将所述参考电流信号转换为第三电压信号， 将所述第三电压信号转换为第二数字信权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114330694 A 3