面向存算一体架构中Tanh激活函数的绝对值电路设计

来源：电子与信息学报杂志2023年第9期北京时间：

作者：顾晓峰, 管其冬, 虞致国

单位：1.物联网技术应用教育部工程研究中心 无锡 2141222.江南大学电子工程系 无锡 214122

摘要：基于存算一体(CIM)架构的激活函数模拟实现方式使得神经网络变得更加接近非线性模型，针对其中Tanh函数负值难处理的问题，该文提出一种高速、高精度绝对值运算电路。该电路将输入电压经过比较器结果判断选择是否输出，利用反相比例取反电路控制负压输入并转换为正压通过开关输出，实现了离散输出功能的绝对值运算处理。与传统利用二极管全波整流绝对值电路相比，该电路有效避免了二极管难集成的问题，且速度快、功耗低、整体面积小。基于55 nm CMOS工艺进行设计，结果表明，在50 ns工作时钟周期下，经过绝对值电路转化后的输出电压与输入电压误差控制在1%以内，比较器的输出延时为5 ns，零点区域放大电压误差小于400 µV。在1.2 V电源电压下，功耗为670 µW，版图面积为4 447 µm2。

关键词：存算一体架构, 绝对值电路, Tanh激活函数, 神经网络

基金资助：长三角科技创新共同体联合攻关项目(2022CSJGG0400)，中央高校基本科研业务费专项资金(JUSRP51510)，江苏省重点研发计划(BE2019003-2)