Fully Homomorphic Encryption (FHE) ensures robust data privacy but suffers from prohibitive computational overhead. Accelerating FHE on AI hardware like Tensor Processing Units (TPUs) is promising, yet fundamentally limited by a precision mismatch: TPUs are optimized for 8-bit arithmetic, whereas FHE and its critical parts such as the Number Theoretic Transform (NTT), demand high precision. Current approaches bridge this gap using matrix decomposition to execute NTT computations on low-precision matrix engines. However, reconstructing the full-precision results requires shift-and-add accumulation that does not match the dataflow of matrix multiplication. This forces offloading full-precision reconstruction from matrix engines to vector processors that disrupts the matrix multiplication dataflow, creating significant performance bottleneck. To resolve this limitation, we propose a minimally modified multi-precision systolic array that performs full-precision output reconstruction natively within the array in sync with low-precision matrix multiplication under a uniform dataflow. Synthesized at 7nm with OpenRoad, our design incurs negligible hardware overhead. Cycle-accurate simulations using SCALE-Sim demonstrate that natively executing NTTs on the proposed architecture achieves at least 1.33x speedup, for transform sizes 2^12 to 2^16 on 128x128 matrix engines, successfully enabling standard AI hardware to support high-precision FHE acceleration.


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人工智能杂志AI(Artificial Intelligence)是目前公认的发表该领域最新研究成果的主要国际论坛。该期刊欢迎有关AI广泛方面的论文,这些论文构成了整个领域的进步,也欢迎介绍人工智能应用的论文,但重点应该放在新的和新颖的人工智能方法如何提高应用领域的性能,而不是介绍传统人工智能方法的另一个应用。关于应用的论文应该描述一个原则性的解决方案,强调其新颖性,并对正在开发的人工智能技术进行深入的评估。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/ai/
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