摘要：脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)規(guī)整、吞吐量大,適合矩陣乘算法,廣泛用于設(shè)計(jì)高性能卷積、矩陣乘加速結(jié)構(gòu)。在深亞微米工藝下,通過(guò)增大陣列規(guī)模來(lái)提升芯片計(jì)算性能,會(huì)導(dǎo)致頻率下降、功耗劇增等問(wèn)題。因此,結(jié)合3D集成電路技術(shù),提出了一種將平面脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)映射到3D集成電路上的雙精度浮點(diǎn)矩陣乘加速結(jié)構(gòu)3D-MMA。首先,設(shè)計(jì)了針對(duì)該結(jié)構(gòu)的分塊映射調(diào)度算法,提升矩陣乘計(jì)算效率;其次,提出了基于3D-MMA的加速系統(tǒng),構(gòu)建了3D-MMA的性能模型,并對(duì)其設(shè)計(jì)空間進(jìn)行探索;最后,評(píng)估了該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)代價(jià),并同已有先進(jìn)加速器進(jìn)行對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,訪存帶寬為160 GB/s時(shí),采用4層16×16脈動(dòng)陣列的堆疊結(jié)構(gòu)時(shí),3D-MMA計(jì)算峰值性能達(dá)3 TFLOPS,效率達(dá)99%,且實(shí)現(xiàn)代價(jià)小于二維實(shí)現(xiàn)。在相同工藝下,同線(xiàn)性陣列加速器及K40 GPU相比,3D-MMA的性能是后者的1.36及1.92倍,而面積遠(yuǎn)小于后者。探索了3D集成電路在高性能矩陣乘加速器設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì),對(duì)未來(lái)進(jìn)一步提升高性能計(jì)算平臺(tái)性能具有一定的參考價(jià)值。