计算机研究与发展

作者：李鹏程,黄立波,陈刚,赖明澈,邓林,刘威,杨乾明,王永文,

关键词：近似浮点乘法器, MTA, 非对称截断, 精度, 开销,

人工智能（AI）和物联网（IoT）技术的迅速发展，对计算能效提出了更高的要求，终端设备在硬件资源开销方面同样面临巨大挑战.为了应对能效问题，新型低功耗近似计算单元的设计得到了广泛研究.在数字信号处理和图像处理等应用场景中，存在大量的浮点运算.这些应用消耗了大量的硬件资源，但它们具有一定的容错性，没有必要进行完全精确的计算.据此，提出了一种基于移位近似算法MTA（multiplicationtoshiftaddition）和非对称截断的单精度可重构近似浮点乘法器设计方法.首先，采用了一种低功耗的近似算法MTA，将部分操作数的乘法运算转换为移位加法.其次，为了在精度和成本之间取得平衡，设计了针对操作数高有效位的非对称截断处理，并对截断后保留的部分进行精确计算.通过采用不同位宽的MTA近似计算和改变截断后部分积阵列的行数，生成了广阔的设计空间，从而可以在精度和成本之间进行多种权衡调整.与精确浮点乘法器相比，所提出设计MTA5T5的精度损失（MRED）仅约为0.32%，功耗降低了85.80%，面积减少了79.53%.对于精度较低的MTA3T3，其精度损失约为1.92%，而功耗和面积分别降低了90.55%和85.80%.最后，进行了FIR滤波和图像处理的应用测试，结果表明所提出的设计在精度和开销方面具有显著优势.

来源：2025年第6期

《计算机研究与发展》期刊编辑部

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