NVDLA专题8：具体模块介绍——Convolution Accumulator

news2025/11/4 15:24:16

概述

卷积累加器(Convolution Accumulator， CACC)是CMAC之后的卷积流水线的一个阶段,CACC的定义在NV_NVDLA_cacc.v，module定义如下：

module NV_NVDLA_cacc (
   cacc2sdp_ready                //|< i
  ,csb2cacc_req_pd               //|< i
  ,csb2cacc_req_pvld             //|< i
  ,dla_clk_ovr_on_sync           //|< i
  ,global_clk_ovr_on_sync        //|< i
  ,mac_a2accu_data0              //|< i
  ,mac_a2accu_data1              //|< i
  ,mac_a2accu_data2              //|< i
  ,mac_a2accu_data3              //|< i
  ,mac_a2accu_data4              //|< i
  ,mac_a2accu_data5              //|< i
  ,mac_a2accu_data6              //|< i
  ,mac_a2accu_data7              //|< i
  ,mac_a2accu_mask               //|< i
  ,mac_a2accu_mode               //|< i
  ,mac_a2accu_pd                 //|< i
  ,mac_a2accu_pvld               //|< i
  ,mac_b2accu_data0              //|< i
  ,mac_b2accu_data1              //|< i
  ,mac_b2accu_data2              //|< i
  ,mac_b2accu_data3              //|< i
  ,mac_b2accu_data4              //|< i
  ,mac_b2accu_data5              //|< i
  ,mac_b2accu_data6              //|< i
  ,mac_b2accu_data7              //|< i
  ,mac_b2accu_mask               //|< i
  ,mac_b2accu_mode               //|< i
  ,mac_b2accu_pd                 //|< i
  ,mac_b2accu_pvld               //|< i
  ,nvdla_core_clk                //|< i
  ,nvdla_core_rstn               //|< i
  ,pwrbus_ram_pd                 //|< i
  ,tmc2slcg_disable_clock_gating //|< i
  ,accu2sc_credit_size           //|> o
  ,accu2sc_credit_vld            //|> o
  ,cacc2csb_resp_pd              //|> o
  ,cacc2csb_resp_valid           //|> o
  ,cacc2glb_done_intr_pd         //|> o
  ,cacc2sdp_pd                   //|> o
  ,cacc2sdp_valid                //|> o
  ,csb2cacc_req_prdy             //|> o
  );

//
// NV_NVDLA_cacc_ports.v
//
input  nvdla_core_clk;   /* csb2cacc_req, cacc2csb_resp, mac_a2accu, mac_b2accu, cacc2sdp, accu2sc_credit, cacc2glb_done_intr */
input  nvdla_core_rstn;  /* csb2cacc_req, cacc2csb_resp, mac_a2accu, mac_b2accu, cacc2sdp, accu2sc_credit, cacc2glb_done_intr */

input [31:0] pwrbus_ram_pd;

input         csb2cacc_req_pvld;  /* data valid */
output        csb2cacc_req_prdy;  /* data return handshake */
input  [62:0] csb2cacc_req_pd;

output        cacc2csb_resp_valid;  /* data valid */
output [33:0] cacc2csb_resp_pd;     /* pkt_id_width=1 pkt_widths=33,33  */

input         mac_a2accu_pvld;   /* data valid */
input   [7:0] mac_a2accu_mask;
input   [7:0] mac_a2accu_mode;
input [175:0] mac_a2accu_data0;
input [175:0] mac_a2accu_data1;
input [175:0] mac_a2accu_data2;
input [175:0] mac_a2accu_data3;
input [175:0] mac_a2accu_data4;
input [175:0] mac_a2accu_data5;
input [175:0] mac_a2accu_data6;
input [175:0] mac_a2accu_data7;
input   [8:0] mac_a2accu_pd;

input         mac_b2accu_pvld;   /* data valid */
input   [7:0] mac_b2accu_mask;
input   [7:0] mac_b2accu_mode;
input [175:0] mac_b2accu_data0;
input [175:0] mac_b2accu_data1;
input [175:0] mac_b2accu_data2;
input [175:0] mac_b2accu_data3;
input [175:0] mac_b2accu_data4;
input [175:0] mac_b2accu_data5;
input [175:0] mac_b2accu_data6;
input [175:0] mac_b2accu_data7;
input   [8:0] mac_b2accu_pd;

output         cacc2sdp_valid;  /* data valid */
input          cacc2sdp_ready;  /* data return handshake */
output [513:0] cacc2sdp_pd;

output       accu2sc_credit_vld;   /* data valid */
output [2:0] accu2sc_credit_size;

output [1:0] cacc2glb_done_intr_pd;

//Port for SLCG
input   dla_clk_ovr_on_sync;
input   global_clk_ovr_on_sync;
input   tmc2slcg_disable_clock_gating;

它用于累加卷积MAC的部分和，并在发送到SDP之前对结果进行round/saturate操作。此外，卷积累加器中的大缓冲器可以平滑卷积流水线的峰值吞吐量。

CACC累加器的最终结果是INT16为48位，INT8为34位，CACC和SDP之间的位宽是32（多个相加，需要考虑溢出的情况，因此设置较高位数，之后等价转换到指定有效位数）。对于精度INT8和INT16，在将结果发送到SDP之前，有一个round/saturate操作。round操作精度由寄存器D_CLIP_CFG中的域CLIP_TRUNCATE配置。对于FP16，该值只是从FP48转换为FP32。

CACC中的部件包括assembly SRAM组、传送(delivery)SRAM组、加法器阵列、截断阵列、valid-credit控制器和检验器。

以下是CACC的工作流程:

从assembly SRAM组预取累加和。
当部分和到达时，将它们与累积和一起发送到加法器阵列，如果部分和来自第一个stripe操作，则累计和应为0。
从加法器阵列的输出端收集新的累加和。
存储到assembly SRAM组中。
根据stripe操作重复步骤1~步骤3，直到完成一个通道操作。
如果通道操作完成，对加法器的输出进行round/saturate操作。
收集上一步的结果，并将它们存储到传送SRAM组中。
从传送缓冲区组加载结果并将其发送到SDP。

assembly SRAM组包含4个96Bx32 SRAMs和4个64Bx32 SRAMs，缓冲区组用于缓存高精度的累加和，对于直接卷积，assembly SRAM组充当int16/fp16的一个96Bx128缓冲器或int8的一个136Bx128缓冲器。对于Winograd卷积，assembly SRAM充当int16/fp16的384Bx32缓冲器或int8的544Bx32缓冲器。assembly组的读-存储循环至少需要11个周期。

传送SRAM组包含8个64Bx32 SRAMs，缓冲区组用于缓存要传递给SDP的结果。每个周期的输入从16个元素到128个元素不等，而输出总是每个周期16个元素。

累加和的精度如下

在加法器阵列中，有64个INT48加法器、64个INT34加法器和64个FP48加法器，它们中的一部分以不同的模式被激活

为了支持DC模式下的多批次（multi-batch）选项，CACC在传送SRAM组中应用了数据重新映射功能。这意味着当启用多批次时，传送SRAM组中的数据顺序可能与assembly SRAM组中的顺序不匹配。如果在SDP中进一步计算后，原子立方体将在相同的64字节包中，则交付SRAM的写控制器将组合原子立方体。当启用多批处理时，此功能允许SDP发送尽可能多的64B对齐写请求。下图显示了批量为2的情况。