一種自動合成隨機計算電路的新方法

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，它基于隨機綜合，傳統(tǒng)上是一種程序合成技術(shù)。

隨機計算(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。

“隨機計算研究的主要挑戰(zhàn)之一是確定設(shè)計新隨機回路的新方法，”進行這項研究的研究人員之一Vincent Lee告訴TechXplore。“設(shè)計新型隨機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)計負擔(dān)一直是我的研究目標。”

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，我認為如何解決優(yōu)化任務(wù)是非?？岬?，因為解決方案對于設(shè)計人員或程序員來說是相當(dāng)不直觀或難以實現(xiàn)的。盡管存在一些可擴展性限制，但我遇到了問題，設(shè)計新的隨機電路，往往有小解決方案，所以我認為隨機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電路的方法進行了比較。他們發(fā)現(xiàn)隨機合成比現(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)范自動生成隨機電路是隨機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，或者對可能值得進一步評估的電路類型進行洞察，”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，最理想的隨機電路相對較小，因此可擴展性對于該技術(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)效率留下了很多機會，使其可以擴展到更大的電路。我認為這將是我們未來工作中探索的一個有趣的領(lǐng)域。”