视觉阵列处理器超越函数加速单元设计

山 蕊1， 李 涛1， 蒋 林1， 邓军勇1， 杨博文1， 沈绪榜2

【摘 要】摘要： 由于在计算机视觉算法中涉及大量超越函数的运算，为了加快算法在视觉阵列处理器上的运行速度，满足视觉应用的实时性需求，提出了一种调整截距分段线性逼近算法，并基于此设计了一种定点运算系统和对数运算系统混合的超越函数硬件流水线结构．新算法实现了正余弦函数的近似计算，并通过对数/指数计算转换、采用对数运算系统实现了反正切、开平方根、指数运算、对数运算等超越函数的计算．通过数百个随机数据的仿真验证，表明该结构可有效地降低计算误差，提高吞吐率．基于SMIC 0.13 μm CMOS集成电路工艺对混合计算系统进行了综合，电路工作频率达 200 MHz．

【期刊名称】西安电子科技大学学报（自然科学版）

【年(卷),期】2018(045)004

【总页数】8

【关键词】 视觉阵列处理器;超越函数;定点数运算;对数运算系统;流水线

网络出版日期：2018-03-26

基金项目：国家自然科学基金资助项目(61772417，61634004，61602377)；陕西省科技统筹计划资助项目(2016KTZDGY02-04-02)；陕西省教育厅专项科研计划资助项目(17JK0689)

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1076.TN.20180323.1835.010.html

计算机视觉算法涉及到对大量数据的处理，包括针对单个点的操作，针对周边相邻多个点的复杂、重复操作以及针对全局所有数据的复杂操作[1-2]等．为了满足视觉应用的实时性需求，需要不断开发计算机视觉算法的并行性，从而加速计算机视觉算法的处理[3]．加速器是提升性能和能效的最有效手段[4]．研究表明，加速器能够使一些应用的能效提升 50～ 1 000 倍[5]．视觉阵列处理器(Computer Vision Processor，CVAP)就是一种专门用于加速计算机视觉算法处理过程的部件．由于计算机视觉算法中涉及到反正切、开平方根、余弦、正弦等超越函数运算，并且是对大量数据的重复超越函数运算，因此，这些超越函数的运算速度在一定程度上影响着整个视觉阵列处理器的性能．