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公開番号2025149665
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-08
出願番号2024050438
出願日2024-03-26
発明の名称演算器及び演算方法
出願人富士通株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類G06F 7/50 20060101AFI20251001BHJP(計算;計数)
要約【課題】回路面積の拡大を抑えつつ演算機能を強化する演算器及び演算方法を提供する。
【解決手段】演算器1は、2つの要素の積を複数加算した加算結果に加数を加算するDOT演算を実行する。桁合わせ部11は、要素及び加数を基に、加算結果と加数の演算が実質減算又は実質加算かを第1判定し、かつ、積の小計に対して加数を桁合わせする。DOT演算乗加算部13は、要素を基に、出力する値が負になる可能性が有るか否かを第2判定し、かつ、予め決められたバイアス値及び要素を基に、負又は正の値となる加算結果に基づく積の小計を算出する。加算部15は、第1判定の判定結果、第2判定の判定結果を基に、DOT演算乗加算部により算出された前記積の小計と加数との加算を実行して演算結果を算出する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
２つの要素の積を複数加算した加算結果に加数を加算するＤＯＴ演算を実行する演算器であって、
前記要素及び前記加数を基に、前記加算結果と前記加数の演算が実質減算又は実質加算かを第１判定し、かつ、前記積の小計に対して前記加数を桁合わせする桁合わせ部と、
前記要素を基に、出力する値が負になる可能性が有るか否かを第２判定し、かつ、予め決められたバイアス値及び前記要素を基に、負又は正の値となる前記加算結果に基づく積の小計を算出するＤＯＴ演算乗加算部と、
前記第１判定の判定結果、前記第２判定の判定結果を基に、ＤＯＴ演算乗加算部により算出された前記積の小計と前記加数との加算を実行して演算結果を算出する加算部と
を備えたことを特徴とする演算器。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記ＤＯＴ演算乗加算部は、前記加算結果に前記加数を加算した結果が負数となり得る場合に、前記積の小計と前記加数とを加算した値が正となる値を前記バイアス値として、前記バイアス値を基に前記加算結果を修正して前記積の小計とすることを特徴とする請求項１に記載の演算器。
【請求項３】
前記ＤＯＴ演算乗加算部は、
前記第１判定の結果が実質加算であり、かつ、前記第２判定の結果が出力する値が負になる可能性がない場合以外は、前記バイアス値を前記加算結果に加算して前記積の小計を算出し、
前記第１判定の結果が実質加算であり、かつ、前記第２判定の結果が出力する値が負になる可能性がない場合は、前記バイアス値から１を減算した値を前記加算結果に加算して前記積の小計を算出し、
前記第１判定の結果が実質加算であり、かつ、前記第２判定の結果が出力する値が負になる可能性がない場合、前記加算部に加算の実行を指示し、
前記第１判定の結果が実質減算、又は、前記第２判定の結果が出力する値が負になる可能性がある場合、前記加算部に減算の実行を指示する
ことを特徴とする請求項１に記載の演算器。
【請求項４】
前記加算部は、前記加数のうち前記積の小計の最上位桁より所定桁以上の上位桁の値でインクリメント又はデクリメントが発生するか否かを、前記加数のうち前記上位桁より小さい下位桁の最上位の数により判定することを特徴とする請求項１に記載の演算器。
【請求項５】
前記加算部により算出された前記演算結果のうち、前記積の小計の最上位桁より所定桁以上の上位桁において桁上り又は桁落ちが発生するか否かを判定し、前記演算結果を正規化し、丸め及び例外処理を行って最終的なＤＯＴ演算結果を算出する正規化・丸め部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の演算器。
【請求項６】
２つの数を乗算して加数を加算するＦＭＡ演算のうち、前記２つの数の積算を実行し、積算の結果を積バスに出力するＦＭＡ演算乗算部をさらに備え、
前記ＤＯＴ演算乗加算部は、前記積の小計を前記積バスへ出力し、
前記加算部は、前記積バスから出力された前記積の結果又は前記積の小計を取得して、前記積の結果と前記加数との加算又は前記積の小計と前記加数との加算を実行して演算結果を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の演算器。
【請求項７】
２つの要素の積を複数加算した加算結果に加数を加算するＤＯＴ演算を実行する演算器が、
前記要素及び前記加数を基に、前記加算結果と前記加数の演算が実質減算又は実質加算かを第１判定し、
前記積の小計に対して前記加数を桁合わせし、
前記要素を基に、出力する値が負になる可能性が有るか否かを第２判定し、
予め決められたバイアス値及び前記要素を基に、負又は正の値となる前記加算結果に基づく積の小計を算出し、
前記第１判定の判定結果、前記第２判定の判定結果を基に、前記積の小計と前記加数との加算を実行して演算結果を算出する
処理を実行する演算方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、演算器及び演算方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年のＡＩ（Artificial Intelligence）技術の著しい進歩及び普及により、プロセッサに関して、ＡＩ処理に適する演算を高速かつ効率的に処理する期待がますます高まっている。そのような演算のひとつが、浮動小数点のＤＯＴ演算である。ＤＯＴ演算は内積演算の一種で、その特徴は、２つのベクトルにおける要素毎の乗算をおのおの行い、それらの結果を全て累積することにある。
【０００３】
ここで、浮動小数点演算において、従来から最も主要な演算のひとつが、融合乗加算（Fused Multiply Add：ＦＭＡ演算）と呼ばれる、１つの浮動小数点乗算及びその結果を用いた１つの浮動小数点加算をまとめて行う演算である。従来のプロセッサは、融合乗加算器（Fused Multiply Adder：ＦＭＡ）と呼ばれる、一度の演算投入でＦＭＡ演算を処理する演算器を多数搭載していた。
【０００４】
浮動小数点のＤＯＴ演算においても、そのような演算器を一要素分ずつベクトルの要素の回数繰り返して使用し順次累積していくことで、演算結果を取得することができる。また、ＡＩに適したプロセッサの演算器では、一度の命令実行で複数の浮動小数点乗算を同時に行い、それらの結果を一度に累積することでＤＯＴ演算を効率化することが検討されている。
【０００５】
例えば、ＤＯＴ演算を用いる技術として、ダイナミックレンジをシフトさせるバイアス値を含めてＦＰ（Floating Point）３２のデータをＦＰ８に量子化し、４要素のＤＯＴ積を１命令で実行するＤＯＴ４演算でＳＩＭＤ積和演算を行う技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２３－０００１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、１回の融合乗加算に特化した従来のＦＭＡ演算器は、積の符号に対して、積の結果に加えられる加数が同符号なら実質加算として処理を行い、異符号なら実質減算として処理を行う。浮動小数点における実質加算と実質減算は、処理の性質が大きく異なる。そのため、積の符号を早期に見定め、後続の内部処理が実質加算又は実質減算のいずれになるのかを、演算の早期に確定させておくことが望ましい。これに対して、ＤＯＴ演算の場合、最終的に累積される値は正負いずれもありうる複数の積の和となり、累積する値の符号が、即座には確定できない。すなわち、実質加算を行うべきか実質減算を行うべきかが、早期に定まらないということになる。そのため、従来のＦＭＡ演算器では、ＤＯＴ演算における一括加算を処理することが難しく、ＤＯＴ演算も実行できるように演算機能を強化することは困難であった。
【０００８】
プロセッサでは、一般的にＤＯＴ演算だけあるいはＦＭＡ演算だけ処理ができれば十分であるということはなく、両方の演算を実行可能であることが求められるが、上述したように、従来のＦＭＡ演算器ではＤＯＴ演算の一括加算が困難である。ＤＯＴ演算及びＦＭＡ演算の両方を高速に処理するための簡単な方法として、それぞれの演算器を独立させて搭載させることが考えられるが、回路面積が大きくなってしまい実用的ではない。
【０００９】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、回路面積の拡大を抑えつつ演算機能を強化する演算器及び演算方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願の開示する演算器及び演算方法の一つの態様において、演算器は、２つの要素の積を複数加算した加算結果に加数を加算するＤＯＴ演算を実行する。桁合わせ部は、前記要素及び前記加数を基に、前記加算結果と前記加数の演算が実質減算又は実質加算かを第１判定し、かつ、前記積の小計に対して前記加数を桁合わせする。ＤＯＴ演算乗加算部は、前記要素を基に、出力する値が負になる可能性が有るか否かを第２判定し、かつ、予め決められたバイアス値及び前記要素を基に、負又は正の値となる前記加算結果に基づく積の小計を算出する。加算部は、前記第１判定の判定結果、前記第２判定の判定結果を基に、ＤＯＴ演算乗加算部により算出された前記積の小計と前記加数との加算を実行して演算結果を算出する。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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