计算机研究与发展

作者：张敦博,曾灵灵,王若曦,王耀华,沈立,

关键词：向量单指令多数据体系结构, 静态随机访问存储器, 混洗操作, 向量内存, 存内计算,

向量处理单元（vectorprocessingunit,VPU）已被广泛应用于神经网络、信号处理和高性能计算等处理器设计中，但其总体性能仍受限于专门用于对齐数据的混洗操作.传统上，处理器使用其数据混洗单元来处理混洗操作.然而，使用数据混洗单元来处理混洗指令将带来昂贵的数据移动开销，并且数据混洗单元只能串行混洗数据.事实上，混洗操作只会改变数据的布局，理想情况下混洗操作应在内存中完成.随着存内计算技术的发展，SRAM不仅可以作为存储部件，同时还能作为计算单元.为了实现存内混洗，提出了混洗SRAM，它可以在SRAM体中逐位地并行混洗多个向量.混洗SRAM的关键思想是利用SRAM体中位线的数据移动能力来改变数据的布局.这样SRAM体中位于同一位线上不同数据的相同位可以同时被移动，从而使混洗操作拥有高度的并行性.通过适当的数据布局和向量混洗扩展指令的支持，混洗SRAM可以高效地处理常用的混洗操作.评测结果表明，对于常用的混洗操作，混洗SRAM可以实现平均28倍的性能增益，对于FFT，AlexNet，VggNet等实际的应用，可以实现平均3.18倍的性能增益.混洗SRAM相较于传统SRAM的面积开销仅增加了4.4%.

来源：2025年第1期

《计算机研究与发展》期刊编辑部

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