一种自动合成随机计算电路的新方法

华盛顿大学的研究人员最近开发了一种新技术，用于自动化随机计算(SC)电路的合成。他们的方法在预先发表在arXiv上的论文中提出，它基于随机综合，传统上是一种程序合成技术。

随机计算(SC)是一种新兴的非传统计算方法，它将数据编码为概率比特流，使得设计新电路不直观。与传统的二进制编码(BE)计算方法相比，SC可以实现更高的计算密度和更低的功耗。

“随机计算研究的主要挑战之一是确定设计新随机回路的新方法，”进行这项研究的研究人员之一Vincent Lee告诉TechXplore。“设计新型随机电路的工程量和洞察力相当高，因此寻找新的自动化方法来减少设计负担一直是我的研究目标。”

用于合成SC电路的现有方法通常限于特定类型或类别的函数，例如多项式评估或恒定缩放。Lee和他的同事们开始着手确定一种更有效的合成SC电路的方法，这种方法可能有更广泛的应用。

“我在程序综合阅读小组中看到了随机综合，同时阅读了Eric Sc​​hkufza等人的论文，”Lee说。“我是程序综合领域的新手，我认为如何解决优化任务是非常酷的，因为解决方案对于设计人员或程序员来说是相当不直观或难以实现的。尽管存在一些可扩展性限制，但我遇到了问题，设计新的随机电路，往往有小解决方案，所以我认为随机综合可能是一个很好的匹配。“

Lee及其同事设计的方法是对核心随机综合算法的改编，该算法支持电路而不是程序。其背后的一般思想是将所有电路视为高维空间，其中每个电路都有特定的成本。

该成本由成本函数定义，捕获电路相对于空间中的其他电路的有效性。在他们的研究中，研究人员设定了成本函数来测量误差，就规范定义了他们想要电路做什么。

“然后，该技术以更好的成本遍历电路空间到电路，类似于梯度下降向更好地优化目标函数的参数集移动，”Lee解释说。“这提供了对电路空间的更智能搜索，比你尝试使用强力枚举或随机枚举的解决方案更快地合成有希望的电路。”

研究人员评估了他们的技术并将其与其他现有的合成SC电路的方法进行了比较。他们发现随机合成比现有方法更通用，有效地合成了手动设计和新的SC电路。

“我认为我们研究中最有意义的结果是该技术能够合成新的电路，而这些电路对于手工设计来说是不直观的，”Lee说。“能够根据描述其功能的规范自动生成随机电路是随机计算中非常令人兴奋的发展。”

Lee及其同事收集的调查结果表明，随机综合有助于自动完成合成SC电路的任务。这最终将减轻SC设计人员的重大设计负担，使他们能够专注于其他任务。

“即使该技术没有返回高质量的解决方案，它也可能会返回一个实现合理近似的电路，或者对可能值得进一步评估的电路类型进行洞察，”Lee说。“在这项工作中，我们实际上发现了一些有趣的电路，它们使用了我们以前从未考虑过的微架构，这也非常令人兴奋。”

研究人员在他们的研究中遇到的主要挑战之一是可扩展性。事实上，他们的技术搜索的效率(即给定固定搜索时间预算的解决方案的质量以及识别正确解决方案所需的时间)对成本函数敏感，因为这是定义梯度和如何定义搜索遍历电路空间。

“幸运的是，最理想的随机电路相对较小，因此可扩展性对于该技术的实用性并不重要，”Lee说。“然而，这种观察到的限制为启发技术提高了技术效率留下了很多机会，使其可以扩展到更大的电路。我认为这将是我们未来工作中探索的一个有趣的领域。”