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基于多并行计算与存储的CNN加速器.pdf

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简介:
本文档探讨了一种新的卷积神经网络(CNN)加速器设计方法,该方法利用了多并行计算和先进的存储技术,旨在显著提高CNN模型的处理速度和效率。 基于深度卷积神经网络(CNN)的前向推理结构特点设计了一种加速器,该加速器采用了多并行计算与存储技术。从运算效率和数据重用的角度分析了卷积运算的并行特征,并研究了全连接层的全并行流水实现方式。 此加速器通过采用并行流水结构来提高计算效率,在卷积层中充分利用多种卷积运算架构,平衡计算效率与参数及数据载入带宽的需求。同时,该设计还采用了三种加速方法以实现在卷积层内部的完全流水线化处理。对于全连接层中的乘累加操作,则将其设计成一个完整的流水线结构,在不超过20个时钟周期的情况下完成,并通过并行计算实现16倍的速度提升。

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  • CNN.pdf
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    本文档探讨了一种新的卷积神经网络(CNN)加速器设计方法,该方法利用了多并行计算和先进的存储技术,旨在显著提高CNN模型的处理速度和效率。 基于深度卷积神经网络(CNN)的前向推理结构特点设计了一种加速器,该加速器采用了多并行计算与存储技术。从运算效率和数据重用的角度分析了卷积运算的并行特征,并研究了全连接层的全并行流水实现方式。 此加速器通过采用并行流水结构来提高计算效率,在卷积层中充分利用多种卷积运算架构,平衡计算效率与参数及数据载入带宽的需求。同时,该设计还采用了三种加速方法以实现在卷积层内部的完全流水线化处理。对于全连接层中的乘累加操作,则将其设计成一个完整的流水线结构,在不超过20个时钟周期的情况下完成,并通过并行计算实现16倍的速度提升。
  • FPGA片NAND FLASH控制实现
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    本研究设计并实现了基于FPGA的多片NAND FLASH并行存储控制器,显著提升了数据存取速度和系统效率。 本段落档是一篇关于“基于FPGA的多片NAND FLASH并行存储控制器的设计与实现”的硕士学位论文,由肖才庆编写,指导教师是张瑞华副教授。论文详细阐述了NAND Flash存储器的工作原理、分类及发展前景,并重点介绍了基于FPGA的并行存储控制器设计与实现的过程,为初学者提供了深入学习和实践NAND Flash应用开发的重要资料。 在讨论中首先介绍的是NAND Flash存储技术,它是一种非易失性存储解决方案,具有高密度的特点。而在控制器的设计领域,由于其可编程性和高性能特性,FPGA被广泛应用于设计高速并行的存储控制器之中。多片NAND Flash并行存储控制器的设计不仅需要深入理解NAND Flash的基本操作流程,还需要对FPGA硬件编程和时序控制有深刻的认识。 从技术角度来看,在NAND Flash方面,论文中提到其基本结构包括块(Block)、页(Page),每个页是数据读写的基本单位。虽然不同的制造商提供的Flash芯片在存储结构及接口时序上可能存在差异,但它们通常遵循类似的命令集与时序约定规则。 对于FPGA而言,设计并行存储控制器主要包括以下方面: 1. 控制器的整体架构设计:包括状态机模块、接口控制模块和数据缓存模块等各功能单元的划分。 2. 寄存器组与缓冲区(Buffer)的设计实现:寄存器用于保存控制器的状态信息及配置指令,而Buffer则用来存储传输过程中所需的数据以解决速度不匹配的问题。 3. sRAM接口逻辑设计:sRAM在此类操作中扮演临时数据仓库的角色,并需确保其能够快速准确地与其他设备或主控单元交换信息。 4. 接口时序生成模块及命令执行模块的设计:FPGA控制器需要根据NAND Flash的要求产生相应的控制信号,完成读写和擦除等任务。 文中还具体讨论了接口时序产生的几个子模块: - NAND COMMAND子模块负责发出操作指令; - NAND ADDRESS子模块用于确定数据在Flash中的位置; - NAND DATA子模块则处理数据传输过程; - READ NAND BYTE DATA和READ NAND PAGE DATA分别实现了字节级与页级的数据读取功能。 此外,NAND命令实现部分包括了块擦除、页面读写、状态查询等多种操作的执行机制。每个任务都需要通过设计特定控制逻辑来确保能够正确有效地沟通并操作Flash存储器设备。 通过对这类控制器的研究和开发工作,可以加深对NAND Flash与FPGA之间交互机理的理解,并有助于优化整个系统的性能表现及数据处理效率。这对于嵌入式系统的设计者以及专注于数据存储解决方案的开发者来说是非常重要的知识基础。此外,在固态硬盘(SSD)应用日益普及的趋势下,掌握Flash的工作原理及其在各类存储设备中的角色变得愈发关键。 需要注意的是,由于文档限制并未包含具体的代码实现和电路图示例,因此描述主要基于通用理论与知识框架进行说明。实际开发中还需考虑电源管理、错误校验及纠正机制等更多细节因素来确保控制器的稳定性和高效性。
  • 路访问接口实现
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    本研究设计并实现了用于提高存储器性能的并行多路访问接口技术,支持同时处理多个数据请求,优化了系统效率和响应时间。 并行多路访问存储器接口的设计与实现
  • HPC.Zip_OpenCV_图像处理_OpenMP
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    本项目探索了在高性能计算环境下利用HPC和Zip技术优化OpenCV库中的图像处理任务,并采用OpenMP实现多核处理器上的并行计算,以显著提升图像处理效率。 基于OpenCV和OpenMP的多核处理图像边缘检测算法——Sobel实现。需要先配置OpenCV和OpenMP环境。根据理论依据,利用OpenMP可以实现在多个核心上并行执行边缘检测任务。遵循Sobel原理,每个像素点的梯度计算独立于其他所有像素点的结果,这是进行多核并行处理的基础条件。凭借这一特性,可以在不同的处理器内核之间分配不同区域内的像素点以同时计算其梯度值,从而显著提高Sobel算法在边缘检测中的性能。
  • Halcon础(和GPU)
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    本简介探讨了利用多核并行处理与GPU技术提升Halcon视觉算法性能的方法,旨在为开发者提供高效优化策略。 关于实现Halcon算法加速的基础知识详情可以在相关技术博客或文献中找到。这些资源通常会介绍如何提高图像处理软件Halcon中的算法执行效率,包括优化代码、选择合适的算子以及利用多线程等方法来提升性能。欲详细了解,请查阅专业资料和技术文章以获取更全面的信息和具体示例。
  • FPGAHLS技术CNN
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    本项目旨在利用FPGA硬件描述语言(HLS)优化卷积神经网络(CNN)的计算性能,开发高效能CNN加速器,以满足深度学习应用对算力的需求。 我们成功设计了一个用于HLS的卷积神经网络加速器,并在Zynq7020开发板上进行了部署。所使用的数据集是MNIST手写数字数据集,加速的目标是一个包含4层卷积、2层池化和1层全连接层的小型自定义网络,非常适合初学者学习。
  • FPGANVMe高实现.pdf
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    本文探讨了在FPGA平台上实现NVMe接口以构建高性能存储系统的具体方法和技术细节,旨在提高数据传输效率与系统响应速度。 本段落详细介绍了NVMe协议基础及其在高速存储系统中的应用,并探讨了基于Xilinx ZC706评估板的NVMe主控IP核设计以及其在嵌入式存储系统的实际应用,最后展望了未来的发展方向。 一、NVMe协议基础 NVMe(非易失性内存表达)是一种专为固态硬盘(SSD)设计的高性能访问和传输协议。它旨在替代传统的SATA接口以更好地发挥闪存技术的优势。基于PCIe总线,NVMe不仅提供了更低延迟和更高输入输出吞吐量,还具备以下特点: 1. 简化的内存接口与命令集:减少处理时间并提高效率。 2. 命令队列设计:支持多IO队列管理以实现并发操作提升性能。 3. 利用PCIe通道的低延迟和并行性,增强了数据传输带宽及指令处理能力。 二、FPGA在高速存储系统中的应用 现场可编程门阵列(FPGA)是一种通过重新配置来定制硬件逻辑的集成电路。在设计高速存储系统时,它主要用于实现高效的接口设计,并具有以下特性: 1. 硬件重构性:根据需要调整硬件逻辑以优化性能。 2. 高速数据处理能力:支持快速的数据接收、处理与传输操作。 3. 并行工作模式:同时执行多项任务从而提高系统吞吐量。 三、基于Xilinx ZC706评估板的NVMe主控IP核设计 ZC706开发平台结合了FPGA和ARM处理器,作者使用VHDL语言在此平台上实现了NVMe控制器IP核心模块。该模块可以执行读写操作、设备复位等任务,并支持嵌入式存储系统中的高速数据处理需求。 四、在嵌入式存储系统的应用 对于需要高可靠性和高性能的嵌入式环境而言,尤其是空间领域,基于FPGA实现的NVMe高速存储方案因其出色的实时性能和低功耗控制而成为优选。其主要优点包括: 1. 实时响应:能够快速处理大量数据以满足系统时间要求。 2. 高效性:提供大容量、高带宽的数据储存与读写服务。 五、未来发展趋势 展望未来,随着技术进步,基于FPGA的NVMe高速存储解决方案将在航天等特定领域进一步优化和完善。预期的发展趋势包括: 1. 性能提升:满足更高标准的空间站数据处理要求。 2. 可靠性增强:针对特殊环境特点改进硬件抗辐射和耐温能力。 3. 功耗控制:设计更节能方案延长设备使用寿命。 综上所述,本段落对NVMe高速存储系统及其在FPGA上的实现原理、技术优势以及未来发展方向进行了全面分析。
  • 通道访问接口实现.doc
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    本文档详细探讨了多通道并行存储访问接口的设计原理,并通过实例展示了其实现过程及性能优化方法。 多通道并行访存接口设计与实现是一种为片上多核系统提高存储器带宽利用率而开发的技术。通过利用存储器接口两侧的带宽差异及时间间隙的概念,该技术能够确保在SDRAM侧分时独享访问权的同时,在用户端支持并行操作。 这项工作的主要内容包括: 1. 设计原理分析:对MAMI设计的基本理念进行深入探讨,并提出具体的设计方案。同时讨论了设计方案中的工作机制以及关键参数的设定方法,例如仲裁机制的选择、时间间隙切换策略及时间间隔长度等。 2. 硬件原型开发与实现:根据上述设计方案,在FPGA平台上完成了硬件原型的构建和验证工作。MAMI设计通过引入自查询分配数据端口的方式解决了并行访问中的端口分配难题,并优化了时间间隙轮转机制,从而实现了SDRAM侧的数据通道切换时无延迟。 3. 系统集成与性能评估:将开发出的多通道访存接口嵌入到目标系统中,取代原有的仅支持单一读写操作的传统存储器接口。通过对比不同计算和数据密集型任务在该设计下的表现情况来分析其对并行传输效率以及整体应用效能的影响。 实验结果显示,在Xilinx Virtex61x760 ff1760-1 FPGA芯片上,集成MAMI后的系统相较于传统的一读一写架构,在寄存器、查找表和BRAM资源消耗仅增加3%至4%的情况下,实现了显著的性能提升。例如在子孔径处理任务中分别提高了约18.13%(配置模式)与6.83%(合成孔径模式),且对于大规模转置操作尤其有效。 这种设计的主要优点包括: - 提升了存储器接口带宽的有效利用率。 - 实现了SDRAM侧分时独享访问和用户端并行操作的目标。 - 解决了数据端口分配的问题,实现了自动化的访存端口调度机制。 - 优化时间间隙轮转策略,减少了通道切换的时间损耗。 多通道并行访存接口设计与实现技术适用于需要高效存储器管理的计算密集型应用(如图像处理、科学计算等)以及片上多核系统的架构开发。此外,在高性能计算和数据存储系统中也具有广泛的应用潜力。
  • MPI.pdf
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    本论文探讨了基于消息传递接口(MPI)的并行计算技术,深入分析其在高性能计算中的应用与优化策略。 关于MPI与并行计算的总结对比: 1. 并行计算 1.1 相关背景 1.2 什么是并行计算 1.3 主要目的 1.4 并行计算与分布式计算的区别 1.5 并行的基本条件 1.6 主要的并行系统 - 1.6.1 共享内存模型 - 1.6.2 消息传递模型 - 1.6.3 数据并行模型 - 1.6.4 对比分析 2 MPI 2.1 什么是MPI 2.2 MPI的实现方式 2.3 MPI基本函数介绍 2.4 MPI功能特点 2.5 技术对比分析 - 2.5.1 共享内存模型(以OpenMP为例) - 2.5.2 分布式内存模型 3 问题解释 3.1 并行计算和MPI是什么关系?为了实现并行计算,是否使用MPI技术即可实现? 3.2 MPI技术原理是什么,即基础设施提供什么样的支持能力? 3.3 为了实现并行计算,应用软件需要什么样的特殊设计 3.4 哪些类型的软件需要并行计算 4 部分参考资料
  • CUDAJacobi法GPU改造
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    本研究针对Jacobi迭代算法进行了基于CUDA的GPU并行化改进,显著提升了大规模数据计算中的性能与效率。 Jacobi算法的CUDA改造可以实现GPU并行加速。