NVDLA专题12：具体模块介绍—

NVDLA专题12：具体模块介绍——LUT Programming

news2024/9/25 19:14:52

LUT编程

LUT是NVDLA中SDP/CDP的实例，用于模拟神经网络中的非线性函数(Sigmoid/TanH/LRN等。)。我们知道，LUT精度高度依赖于LUT entry和曲线的斜率变化:LUT entry越多，精度越高。另一方面，曲线的斜率变化越大，越难模拟。

值得一提的是，SDP/CDP共享相同的LUT逻辑，它们之间的唯一区别是位深度，因为SDP管道是32位，而CDP管道是37位。

这里提出了一种创新的2级混合LUT架构，通过有限的LUT entry来保持非常高的精度:

该实施方案有两个亮点:

LUT中有两个表（X表\Y表）和两种模式（X表有两种工作模式），典型配置是将其中一个用作原始表以覆盖整个动态范围，另一个用作密度表以覆盖一小部分动态范围。由于覆盖范围的差异，原始表具有较低的采样率，而密度表具有相对较高的采样率，这是受LRN/Sigmoid/TanH曲线属性的启发

从上面的图我们可以看出，对于这些函数，只有一小部分具有显著的斜率变化，而其他部分几乎没有太大的变化，因此2级LUT是模拟这些函数的经济选项。

由于密度表和原始表之间可能有重叠，我们有一个可编程的寄存器:“优先级”(pri)，当一个样本适合两个表时，允许软件控制哪个LUT表输出应该作为最终输出。当然，建议是一直使用密度输出。

混合工作模式

我们注意到，对于LRN，输入动态范围非常高(0~10^8)，但大多数样本都在一个小数据范围内:

上面的直方图是从GoogleNet的“pool1/norm1”层收集的，我们通过不同的x轴坐标系(线性和指数)查看了相同的数据。

我们可以看到，线性（均匀采样）视图将50%以上的样本合并到直方图中的一个点，而指数视图（不均匀采样）将这些样本区分到不同的直方图点，从而提供更好的分辨率。同样的策略可以用于LUT:如果LUT在指数模式下工作，我们对低范围值有很高的采样率，对高范围值有很低的采样率(这是公平的，因为它们在直方图中的频率很低)。这就是“指数”模式的思想。目前，只有X表能够在指数模式下工作，当该模式被启用时，覆盖范围被固定为 $2^{exp\_start}$ $2^{exp\_start+tlb\_entry}$ 。

下表总结了NVDLA的LUT属性(当映射到硬件时，X/Y用于表示不同的表，X对应于LE(Linear/Exponent,线性/指数)，而Y对应于LO(Linear Only, 仅线性)):

典型使用场景的推荐LUT配置:

然而，这不是强制性的，软件可以将LUT编程为以下任何情况(X/Y可以颠倒，这意味着总共6种情况)运行:

如第一张图所示，LUT有几个参数，让我们讨论如何根据不同的模式来配置它们。

指数工作模式

如果LUT正在指数模式下工作，LUT存储有如下示例(实际上，exp_start是可编程的):

假定对于每一个LUT存储，LUT的输入是 $x{'}=(x-O_{in})*SF_{in{}'}$ ，那么索引应该是

即

这需要乘法器，为了使硬件更简单，我们要求:

然后，硬件只需要右/左移位器来获得正确的索引，然而，也就是:

这可以通过LUT之前的变换器来保证(cdp中的cdp _ in _ cvt；SDP中的X/X/Y乘数)。上述符号与实际寄存器之间的映射是(X可以是LE/LO):

溢出范围控制

假设一个LUT覆盖范围在[min，max]之间，如果一个输入样本大于max或小于min，我们称之为超范围样本。 NVDLA支持对这些超范围样本进行线性插值。插值的数学公式为(x是输入样本值):

从硬件的角度来说，插值是

以下溢为例，给定( $2^M$ 是应用于LUT输入的缩放，SF是应用于LUT entry的缩放):

硬件输出为：

进而

上述公式中的符号与寄存器之间的映射为：

LUT存储编程

通常来说，为了对LUT entry进行编程，必须指定LUT entry地址及其值，这需要2次寄存器写操作。NVDLA通过引入硬件自动地址递增机制简化了这一过程，这意味着，当你需要对LUT表进行编程时，你只需编写如下代码(以LE表程序为例):

/* program raw table */
reg = (FIELD_ENUM(S_LUT_ACCESS_CFG, LUT_TABLE_ID, LE) << SHIFT(S_LUT_ACCESS_CFG, LUT_TABLE_ID)) |
      (FIELD_ENUM(S_LUT_ACCESS_CFG, LUT_ACCESS_TYPE, WRITE) << SHIFT(S_LUT_ACCESS_CFG, LUT_ACCESS_TYPE));
reg_write(S_LUT_ACCESS_CFG, reg);
for(i = 0; i < LUT_LE_TABLE_ENTRIES; i++) {
    reg_write(S_LUT_ACCESS_DATA, lut->le_table[i]);
}

如果地址超出了总的LUT entry(例如:上述伪代码中的LUT_RAW_TABLE_ENTRIES超出了实际的LUT entry），则硬件行为是未定义的。

NVDLA支持从任意入口读回已编程的LUT entry。LUT访问CFG只需要编程一次，地址就会自动增加。请注意，对于LUT读取的情况，S_LUT_ACCESS_CFG的编程必须是非后写的；

LUT编程有两个限制: