Množenje je aritmetična operacija, ki je prisotna v različnih aplikacijah, od obdelave multimedijskih vsebin do algoritmov strojnega učenja. Ker so množilniki velika vezja, lahko z uporabo približnih množilnikov zmanjšamo uporabo energije v mnogih pomembnih aplikacijah, ki so odporne na vneseno računsko napako.
V disertaciji predlagamo več približnih množilnikov. Pri načrtovanju približnih množilnikov vedno iščemo ravnovesje med natančnostjo in učinkovito izvedbo v strojni opremi, najpogosteje je to energijska učinkovitost. Najprej predstavimo množilnik LOBO, ki združuje Boothovo radix-4 kodiranje in logaritemski približek produkta. Boothovo radix-4 kodiranje zagotavlja majhno napako približka produkta, medtem ko logaritemski približek produkta omogoča učinkovito generiranje delnih produktov. Pri obdelavi in razvrščanju slik dobimo z množilnikom LOBO podobne rezultate kot z nelogaritemskimi množilniki ob manjši porabi energije. Hkrati pa množilnik LOBO nudi še zadovoljivo obnašanje aplikacije v primerjavi z manj natančnimi vendar energijsko učinkovitejšimi logaritemskimi množilniki.
Hibridni pristop združevanja nelogaritemskih in logaritemskih približnih množilnikov smo uporabili tudi pri načrtovanju hibridnega radix-4 in logaritmičnega množilnika HRALM, ki je primeren za obdelavo slik. Predlagani množilnik HRALM, generira le dva delna produkta -- višji delni produkt iz treh najpomembnejših bitov dobi z radix-4 kodiranjem, medtem ko z logaritemskim približkom preostalih bitov tvori nižji delni produkt. Rezultati sinteze in ocena napake kažejo, da, podobno kot množilnik LOBO, zaseda vrzel med približnimi nelogaritemskimi in logaritemskimi množilniki. Množilnik HRALM smo preizkusili v več algoritmih za obdelavo slik. Množilnik HRALM zagotavlja podobno vizualno kakovost slike kot približni nelogaritemski množilniki ob manjši porabi energije.
Čeprav hibridni množilniki predstavljajo dober kompromis med natančnostjo in energijsko učinkovitostjo, v aplikacijah z visokimi zahtevami po natančnosti niso uporabni. Takšne zahteve najdemo pri obdelavi signalov s pomočjo filtrov IIR. V delu predlagamo množilnik AO-RAD4, približni množilnik z lihim radix-4 kodiranjem, s katerim izboljšamo porabo energije A-utežnega filtra IIR. Množilnik AO-RAD4 doseže manjšo porabo energije z opuščanjem nekaterih delnih produktov. S pozorno nastavitvijo predlaganega množilnika lahko v A-utežnem filtru IIR ob skoraj enakem frekvenčnem odzivu zmanjšamo porabo energije za 70 \%. Uporabnost filtra smo analizirali v merjenju ravni hrupa v okolici. Poskusi so pokazali, da je predlagani približni A-utežni filter mogoče uporabiti za merjenje hrupa brez opaznega poslabšanja karakteristik.
Vezje za logaritemsko pretvorbo predstavlja ozko grlo pri načrtovanju logaritemskih množilnikov in določa učinkovitost celotnega množilnika. Za zmanjšanje tega dela vezja predlagamo približni logaritemski množilnik TL z dvostopenjskim krajšanjem operanda. Izvedli smo temeljito oceno strojne zmogljivosti množilnika, napake in njegove uporabnosti pri glajenju slik in razvrščanju slik s konvolucijskimi nevronskimi mrežami. Predlagani množilnik je zelo majhen vendar kljub večji napaki daje še sprejemljive rezultate.
Različne karakteristike predlaganih približnih množilnikov, predvsem natančnost in energetska učinkovitost, močno določajo njihove možnosti uporabe. Množilniki AO-RAD4 so zaradi visoke natančnosti primerni za aplikacije, ki zahtevajo precej natančno računanje, na primer pri filtrih. Popolno nasprotje so množilniki TL, ki so s precejšnjo napako in zelo majhno porabo energije primerni za aplikacije, kot so nevronske mreže, ki so zelo odporne napako. Vmes sta tako po napaki kot po energijski učinkovitosti predlagana hibridna množilnika LOBO in HRALM, ki sta se dobro izkazala pri obdelavi slik.
|