3D-MMA:基于3D集成电路的矩阵乘加速结构

• 作者: 李宏亮 王吉军 郝子宇
• 来源期刊: 计算机工程与科学
• 学科: 工学
• 关键词: 3D集成电路 矩阵乘 分块算法 性能模型
• 年，卷（期）: 2019,（12）
• 所属期刊栏目: 高性能计算
• 页码范围: 2110-2118
• 页数: 9页
• 分类号: TP302
• 字数: 7475字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1007-130X.2019.12.003

摘要

脉动阵列结构规整、吞吐量大,适合矩阵乘算法,广泛用于设计高性能卷积、矩阵乘加速结构.在深亚微米工艺下,通过增大阵列规模来提升芯片计算性能,会导致频率下降、功耗剧增等问题.因此,结合3D集成电路技术,提出了一种将平面脉动阵列结构映射到3D集成电路上的双精度浮点矩阵乘加速结构3 D-MMA.首先,设计了针对该结构的分块映射调度算法,提升矩阵乘计算效率;其次,提出了基于3 D-MMA的加速系统,构建了3 D-MMA的性能模型,并对其设计空间进行探索;最后,评估了该结构实现代价,并同已有先进加速器进行对比分析.实验结果表明,访存带宽为160 GB/s时,采用4层16×16脉动阵列的堆叠结构时,3D-MMA计算峰值性能达3 TFLOPS,效率达99％,且实现代价小于二维实现.在相同工艺下,同线性阵列加速器及K40 GPU相比,3D-MMA的性能是后者的1.36及1.92倍,而面积远小于后者.探索了3D集成电路在高性能矩阵乘加速器设计中的优势,对未来进一步提升高性能计算平台性能具有一定的参考价值.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	李宏亮		38	153	5.0	12.0
2	郝子宇		12	8	1.0	2.0
3	王吉军		5	2	1.0	1.0