一種自動合成隨機(jī)計算電路的新方法

華盛頓大學(xué)的研究人員最近開發(fā)了一種新技術(shù)，用于自動化隨機(jī)計算(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)計算(SC)是一種新興的非傳統(tǒng)計算方法，它將數(shù)據(jù)編碼為概率比特流，使得設(shè)計新電路不直觀。與傳統(tǒng)的二進(jìn)制編碼(BE)計算方法相比，SC可以實現(xiàn)更高的計算密度和更低的功耗。

“隨機(jī)計算研究的主要挑戰(zhàn)之一是確定設(shè)計新隨機(jī)回路的新方法，”進(jìn)行這項研究的研究人員之一Vincent Lee告訴TechXplore。“設(shè)計新型隨機(jī)電路的工程量和洞察力相當(dāng)高，因此尋找新的自動化方法來減少設(shè)計負(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)，例如多項式評估或恒定縮放。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?？岬模驗榻鉀Q方案對于設(shè)計人員或程序員來說是相當(dāng)不直觀或難以實現(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)綜合可能是一個很好的匹配。“

Lee及其同事設(shè)計的方法是對核心隨機(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，”Lee解釋說。“這提供了對電路空間的更智能搜索，比你嘗試使用強力枚舉或隨機(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，有效地合成了手動設(shè)計和新的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，而這些電路對于手工設(shè)計來說是不直觀的，”Lee說。“能夠根據(jù)描述其功能的規(guī)范自動生成隨機(jī)電路是隨機(jī)計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)綜合有助于自動完成合成SC電路的任務(wù)。這最終將減輕SC設(shè)計人員的重大設(shè)計負(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，它也可能會返回一個實現(xiàn)合理近似的電路，或者對可能值得進(jìn)一步評估的電路類型進(jìn)行洞察，”Lee說。“在這項工作中，我們實際上發(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。事實上，他們的技術(shù)搜索的效率(即給定固定搜索時間預(yù)算的解決方案的質(zhì)量以及識別正確解決方案所需的時間)對成本函數(shù)敏感，因為這是定義梯度和如何定義搜索遍歷電路空間。

“幸運的是，最理想的隨機(jī)電路相對較小，因此可擴(kuò)展性對于該技術(shù)的實用性并不重要，”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，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有趣的領(lǐng)域。”