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RTL 設計:脈動陣列

從有號乘加算術、輸入錯時與處理單元出發,建立參數化矩陣乘法陣列,再驗證分塊、流量控制,以及每個邊緣的精確行為。

矩陣乘法MAC資料流
我的學習

您將學到什麼

  • 將矩陣索引與內積映射至處理單元
  • 選擇有號乘積、累加器與定點輸出的位元寬度
  • 以錯時輸入安排輸出駐留的 2×2 與 N×N 陣列
  • 以精確邊緣契約訂定 valid、標籤、停頓與重設
  • 以計分板驗證分塊邊界、頻寬與總整實作

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瀏覽器練習使用教學模型,不會編譯或執行 HDL。如需另外執行提供的原始碼,請依照適用於您作業系統的 Digital Design Studio 指南,並在操作要求時登入。

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課程大綱

  1. 矩陣與算術契約
    • 將內積映射至處理單元概念

      區分列、欄與歸約索引,並計算小型參考矩陣。

    • 有號乘積與累加器位元寬度概念

      由運算元範圍的最壞情況推導累加器位元寬度。

    • 定點輸出策略概念

      區分輸入尺度、負數捨入、飽和與回繞。

    • 檢核算術契約理解測驗

      依完整歸約長度選擇累加器位元寬度。

  2. 處理單元與有效權杖
    • 單一上升緣的契約概念

      確立邊緣編號、暫存器轉送、累加與初始化的優先順序。

    • 實作:有號 MAC 處理單元實作

      以獨立模型檢查有效運算元、停頓與清除。

    • Valid 旗標、標籤與清除概念

      區分數值零、空泡與來自其他工作的權杖。

    • 檢核處理單元控制理解測驗

      找出暫停時必須保持的狀態。

  3. 陣列與輸入排程
    • 輸出駐留與其他資料流概念

      辨識留在 PE 內的數值,比較儲存與傳輸。

    • 實作:錯時的 2×2 陣列實作

      模擬一邊緣轉送延遲,並檢查每個中間累加器。

    • 擴展至 N×N 並計算完成邊緣概念

      將空間尺寸 N 與歸約長度 K 分別參數化。

    • 檢核排程與完成理解測驗

      區分最後注入與最後結果可用的時機。

  4. 分塊、頻寬與流量控制
    • 分塊與邊界填補概念

      將大矩陣映射至較小網格,處理零填補與輸出遮罩。

    • 頻寬與有效利用率概念

      區分峰值 MAC 容量,以及填入、排空、填補與記憶體成本。

    • 實作:背壓與重設實作

      執行全域暫停、結果保留與中斷工作的重設。

    • 檢核填補與頻寬理解測驗

      區分運算元有效性與結果位址有效性。

  5. 驗證與總整實作
    • 計分板與不變條件概念

      除了最終矩陣,也檢查項目、標籤、邊緣與輸出傳輸。

    • 設計有號與邊界測試概念

      結合算術、形狀與控制邊界,超越單一正常範例。

    • 總整實作:分塊 N×N 驗證模型實作

      結合任意 N、K、填補與暫停,並與獨立參考比較。

    • RTL 整合審查與延伸概念

      將學習模型連接至 RTL 介面與驗證證據。

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