季　渊　陈文栋　冉　峰　张金艺David LILJA（上海大学微电子研究与开发中心上海200072）（上海大学机电工程与自动化学院上海200072）（明尼苏达大学电子与计算机工程系明尼阿波利斯55455）



具有二维状态转移结构的随机逻辑及其在神经网络中的应用

季渊*①②陈文栋①冉峰①②张金艺①David LILJA③①
①（上海大学微电子研究与开发中心上海200072）
②（上海大学机电工程与自动化学院上海200072）
③（明尼苏达大学电子与计算机工程系明尼阿波利斯55455）

随机计算是一种特殊的基于概率数据码流的数学计算方法，其优点在于可以采用非常简单的数字逻辑完成复杂数学运算，从而大幅降低硬件实现成本。该文首先讨论了随机计算的基本原理和主要运算逻辑，论述了传统线性状态机的不足，并分析了一种2维状态转移拓扑结构，推导了通过2维有限状态机实现高斯函数的方法。在此基础上，提出一种随机径向基函数神经网络模型，其硬件实现成本非常低，而性能与传统神经网络相当。两类模式识别实验结果显示，所提出的随机径向基函数神经网络的输出值均方误差与相应结构传统神经网络的差别小于1.3%。FPGA实验结果显示，数据宽度为12位时，随机中间神经元的电路面积仅为传统插值查表结构的1.2%、坐标旋转数字计算方法（CORDIC）的2%。通过改变输入码流长度，该神经网络可以在处理速度、功耗和准确性之间作出平衡，具有应用灵活性，适用于对成本、功耗要求较高的应用如嵌入式、便携式、穿戴式设备。

随机计算；……