Resistive random access memory (ReRAM) is a promising technology that can perform low-cost and in-situ matrix-vector multiplication (MVM) in analog domain. Scientific computing requires high-precision floating-point (FP) processing. However, performing floating-point computation in ReRAM is challenging because of high hardware cost and execution time due to the large FP value range. In this work we present ReFloat, a data format and an accelerator architecture, for low-cost and high-performance floating-point processing in ReRAM for iterative linear solvers. ReFloat matches the ReRAM crossbar hardware and represents a block of FP values with reduced bits and an optimized exponent base for a high range of dynamic representation. Thus, ReFloat achieves less ReRAM crossbar consumption and fewer processing cycles and overcomes the noncovergence issue in a prior work. The evaluation on the SuiteSparse matrices shows ReFloat achieves 5.02x to 84.28x improvement in terms of solver time compared to a state-of-the-art ReRAM based accelerator.


翻译:电阻式随机存取存储器(ReRAM)作为一种新兴技术,可在模拟域内实现低成本的存内矩阵向量乘法(MVM)。科学计算对高精度浮点(FP)处理有刚性需求,然而在ReRAM中执行浮点运算面临巨大挑战:由于浮点数值范围宽泛,导致硬件成本高昂且执行时间冗长。本文提出ReFloat数据格式与加速器架构,旨在为迭代线性求解器实现低成本、高性能的ReRAM浮点处理。ReFloat通过适配ReRAM交叉阵列硬件,采用缩位表示的浮点数值块与优化的指数基,实现高动态表示范围,从而降低ReRAM交叉阵列消耗与处理周期数,并克服了现有工作中的非收敛问题。基于SuiteSparse矩阵集的评估表明,与当前最先进的ReRAM加速器相比,ReFloat在求解时间上实现了5.02倍至84.28倍的性能提升。

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