Approximate computing (AC) has become a prominent solution to improve the performance, area, and power/energy efficiency of a digital design at the cost of output accuracy. We propose a novel scalable approximate multiplier that utilizes a lookup table-based compensation unit. To improve energy-efficiency, input operands are truncated to a reduced bitwidth representation (e.g., h bits) based on their leading one positions. Then, a curve-fitting method is employed to map the product term to a linear function, and a piecewise constant error-correction term is used to reduce the approximation error. For computing the piecewise constant error-compensation term, we partition the function space into M segments and compute the compensation factor for each segment by averaging the errors in the segment. The multiplier supports various degrees of truncation and error-compensation to exploit accuracy-efficiency trade-off. The proposed approximate multiplier offers better error metrics such as mean and standard deviation of absolute relative error (MARED and StdARED) compare to a state-of-the-art integer approximate multiplier. The proposed approximate multiplier improves the MARED and StdARED by about 38% and 32% when its energy consumption is about equal to the state-of-the-art approximate multiplier. Moreover, the performance of the proposed approximate multiplier is evaluated in image classification applications using a Deep Neural Network (DNN). The results indicate that the degradation of DNN accuracy is negligible especially due to the compensation properties of our approximate multiplier.


翻译:近似计算(AC)已成为一种以输出精度为代价、提升数字设计性能、面积及功耗/能效的显著方案。本文提出了一种新颖的可扩展近似乘法器,采用基于查找表的补偿单元。为提升能效,根据输入操作数的前导一位位置,将其截断为缩减的比特宽度表示(例如h位)。随后,采用曲线拟合方法将乘积项映射为线性函数,并利用分段常数误差校正项来降低近似误差。为计算该分段常数误差补偿项,我们将函数空间划分为M个区间,通过对每个区间内的误差取平均值来计算补偿因子。该乘法器支持不同程度的截断与误差补偿,以利用精度-效率权衡。与现有最先进的整数近似乘法器相比,本文所提出的近似乘法器在平均绝对相对误差(MARED)及其标准差(StdARED)等误差指标上表现更优。当能耗与现有最先进近似乘法器大致相当时,所提乘法器将MARED和StdARED分别提升了约38%和32%。此外,利用深度神经网络(DNN)在图像分类应用中评估了所提乘法器的性能。结果表明,由于所提近似乘法器的补偿特性,DNN精度的下降可忽略不计。

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