DHFP-PE：AI加速のためのデュアル精度ハイブリッド浮動小数点処理エレメント

Abstract

人工知能およびエッジコンピューティングにおける低精度演算の急速な普及は、省エネルギーで柔軟な浮動小数点乗算加算（MAC）ユニットに対する強い需要を生み出しました。本論文では、FP8形式（E4M3、E5M2）およびFP4形式（E2M1、E1M2）をサポートする、完全にパイプライン化されたデュアル精度浮動小数点MAC処理エンジンを提案します。このエンジンは、低消費電力かつ高スループットのAIワークロードに特化して最適化されています。提案アーキテクチャは、新しいビット分割（bit-partitioning）手法を採用しており、単一の4ビット・ユニット・マルチプライヤが、FP8に対する標準の4×4乗算として動作するか、あるいは2ビット演算子に対して2つの並列2×2乗算として動作することを可能にします。これにより、ロジックを重複させることなく、100％のハードウェア利用率を達成します。28 nm技術で実装した提案処理エンジンは、面積0.00396 mm^2、消費電力2.13 mWで、動作周波数1.94 GHzを実現し、最先端設計と比較して最大60.4％の面積削減および86.6％の電力節約をもたらします。