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基于FPGA的卷积神经网络稀疏化加速器.pdf

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简介：
本文介绍了设计并实现了一种基于FPGA的卷积神经网络(CNN)稀疏化加速器，旨在提高计算效率和降低能耗。通过引入稀疏矩阵运算技术，有效减少了不必要的乘法操作，在保持高精度的同时显著提升了CNN模型的运行速度与资源利用率。 本段落介绍了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的稀疏化卷积神经网络加速器设计。该设计方案旨在解决在使用卷积神经网络进行前向计算过程中，由于模型参数稀疏性导致无效运算的问题。 首先，简要介绍一下稀疏化卷积神经网络的基本概念：作为深度学习领域的重要组成部分，卷积神经网络（CNN）广泛应用于图像识别、目标检测和自然语言处理等多个方面。然而，庞大的参数数量使得 CNN 模型的计算复杂度高且速度慢。因此，在 CNN 中引入稀疏矩阵以减少参数的数量，并以此提高运算效率成为了一种有效的解决方案。 接着是本段落的核心内容——基于 FPGA 的稀疏化卷积神经网络加速器设计：该设计方案利用了专用逻辑模块，能够识别出特征图和滤波器中的非零点并进行有效数据的传递。这些有效数据随后被送入由数字信号处理器（DSP）组成的阵列中执行乘累加操作，并通过加法树来获取最终输出的结果。此外，在宽度、高度以及输出通道方向上，设计也进行了粗粒度级别的并行处理以优化性能。 实验部分展示了在 Xilinx FPGA 器件上的验证结果：VGG16 卷积层的综合性能达到了 678.2 GOPS，同时功耗效率为 69.45 GOPSW。这些数值显著优于基于 FPGA 的稠密网络和稀疏化网络加速器。 最后，在结论部分作者总结了这一设计的优势，并展望未来的研究方向：本段落提出了一种能够有效利用卷积神经网络中模型参数的稀疏性，从而减少无效运算的设计方案。实验表明这种设计方案在提高计算性能的同时还能降低功耗消耗。未来的研究工作将继续致力于提升基于 FPGA 的稀疏化卷积神经网络加速器设计的速度和效率。

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  • 基于FPGA的卷积神经网络稀疏化加速器.pdf
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    本文介绍了设计并实现了一种基于FPGA的卷积神经网络(CNN)稀疏化加速器，旨在提高计算效率和降低能耗。通过引入稀疏矩阵运算技术，有效减少了不必要的乘法操作，在保持高精度的同时显著提升了CNN模型的运行速度与资源利用率。 本段落介绍了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的稀疏化卷积神经网络加速器设计。该设计方案旨在解决在使用卷积神经网络进行前向计算过程中，由于模型参数稀疏性导致无效运算的问题。 首先，简要介绍一下稀疏化卷积神经网络的基本概念：作为深度学习领域的重要组成部分，卷积神经网络（CNN）广泛应用于图像识别、目标检测和自然语言处理等多个方面。然而，庞大的参数数量使得 CNN 模型的计算复杂度高且速度慢。因此，在 CNN 中引入稀疏矩阵以减少参数的数量，并以此提高运算效率成为了一种有效的解决方案。 接着是本段落的核心内容——基于 FPGA 的稀疏化卷积神经网络加速器设计：该设计方案利用了专用逻辑模块，能够识别出特征图和滤波器中的非零点并进行有效数据的传递。这些有效数据随后被送入由数字信号处理器（DSP）组成的阵列中执行乘累加操作，并通过加法树来获取最终输出的结果。此外，在宽度、高度以及输出通道方向上，设计也进行了粗粒度级别的并行处理以优化性能。 实验部分展示了在 Xilinx FPGA 器件上的验证结果：VGG16 卷积层的综合性能达到了 678.2 GOPS，同时功耗效率为 69.45 GOPSW。这些数值显著优于基于 FPGA 的稠密网络和稀疏化网络加速器。 最后，在结论部分作者总结了这一设计的优势，并展望未来的研究方向：本段落提出了一种能够有效利用卷积神经网络中模型参数的稀疏性，从而减少无效运算的设计方案。实验表明这种设计方案在提高计算性能的同时还能降低功耗消耗。未来的研究工作将继续致力于提升基于 FPGA 的稀疏化卷积神经网络加速器设计的速度和效率。
     
  • 基于FPGA的卷积神经网络加速器设计
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    本研究聚焦于开发基于FPGA的高效能卷积神经网络(CNN)加速器，旨在优化CNN计算性能与资源利用率，推动深度学习硬件实现的技术进步。 基于FPGA的卷积神经网络加速器能够有效提升计算效率和性能，在深度学习领域具有广泛应用前景。通过利用FPGA硬件可编程性与并行处理能力，可以实现高度定制化的CNN架构优化，从而在保持低功耗的同时达到高性能的数据处理效果。
     
  • 基于FPGA加速技术的卷积神经网络识别系统
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    本项目研发了一种利用FPGA加速技术优化的卷积神经网络(CNN)识别系统，旨在大幅提升图像处理与模式识别任务中的计算效率和性能。通过硬件自定义实现CNN模型，有效减少延迟并降低能耗，适用于实时视觉应用需求。 为了应对卷积神经网络（CNN）在通用CPU及GPU平台上推断速度慢、功耗大的问题，我们采用FPGA平台设计了一种并行化的卷积神经网络推断系统。通过资源重用、数据并行处理以及流水线技术的应用，并利用全连接层的稀疏性来优化矩阵乘法器的设计，显著提升了运算效率并减少了资源占用。 实验中使用了ORL人脸数据库进行验证，结果显示，在100 MHz的工作频率下，该系统的模型推断性能分别是CPU版本的10.24倍、GPU版本的3.08倍以及基准版本的1.56倍。同时，系统功耗控制在不到2 W。 最终，在压缩了模型大小四分之一的情况下，系统的识别准确率仍保持在95%以上。
     
  • 基于FPGA的卷积神经网络硬件加速架构研究.caj
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    本文探讨了在FPGA平台上实现卷积神经网络(CNN)硬件加速的方法和架构，旨在提高CNN计算效率与性能。通过优化设计，提出了高效能的CNN硬件加速方案。 本发明提供了一种基于FPGA的卷积神经网络硬件加速架构。该架构包括通用AXI4总线接口、缓存区（用于存储输入特征图、输出特征图及权重）、存储路由逻辑（引导运算结果至相应缓存区域）以及由多个MAC单元构成的乘累加阵列。 此外，还包括卷积运算单元和池化运算单元。卷积运算单元从缓存区读取相应的输入特征图与权重进行卷积操作，并将偏置值相加后执行非线性处理，最终结果写入输出特征图缓存中；而池化运算单元则对相应输入特征图执行池化操作，并同样地，其计算结果会被存储到对应的输出特征图缓存区。 此外，该架构还包含一个运算控制器，分为卷积控制器和池化控制器两部分。前者负责控制卷积过程的进行，后者则管理池化的运行流程。 本发明通过优化硬件加速性能，在可扩展性和吞吐率方面具有显著优势。专利号为CN 110135554 A，申请日期为2019年8月16日。
     
  • 基于FPGA的CNN神经网络加速器
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    本项目开发了一种基于FPGA技术的CNN神经网络加速器，旨在通过硬件优化实现深度学习模型高效计算，特别适用于图像识别和处理场景。 基于FPGA的神经网络CNN加速器设计旨在提高计算效率和性能。通过利用现场可编程门阵列（FPGA）的独特特性，该加速器能够实现高效的卷积神经网络处理，适用于各种机器学习应用。
     
  • 基于硬件加速的卷积神经网络代码.rar
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    本资源为基于硬件加速技术优化的卷积神经网络(CNN)代码包。适用于深度学习项目中对计算性能有高要求的应用场景。 硬件加速卷积神经网络代码HLS 完整注释：这段文字描述的内容是关于如何为卷积神经网络编写完整注释的指南，这些注释针对的是使用HLS（High-Level Synthesis）进行硬件加速的应用场景。通过详细的注释可以帮助开发者更好地理解代码的功能、结构以及优化方法，从而更有效地利用硬件资源来提升计算性能和效率。
     
  • CNN-基于FPGA的卷积神经网络实现（一） fpga开发.pdf
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    本PDF文档详细介绍了如何在FPGA平台上实现卷积神经网络(CNN)，为初学者和专业人士提供了一个实践指南，探索硬件加速深度学习模型的可能性。 CNN-卷积神经网络在FPGA上的实现（一）主要讨论了如何将卷积神经网络技术应用于现场可编程门阵列（FPGA），以提高计算效率和灵活性。该文档提供了关于FPGA开发的详细信息，适合对硬件加速感兴趣的读者参考。
     
  • fpga-ml-accelerator: 本仓库包含面向卷积神经网络的FPGA加速器代码
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    fpga-ml-accelerator项目提供了一套用于加速卷积神经网络处理的FPGA硬件实现代码，旨在优化机器学习模型在FPGA上的运行效率。 **FPGA ML Accelerator 深度解析** 标题中的“fpga-ml-accelerator”指的是一种基于Field-Programmable Gate Array（FPGA）的机器学习（ML）加速器，专门针对卷积神经网络（CNN）进行优化。CNN是深度学习领域的重要组成部分，广泛应用于图像识别、自动驾驶和视频分析等场景。通过在FPGA上实现CNN的硬件加速，可以显著提升计算速度，降低功耗，提高系统的实时性和效率。 描述中提到该存储库提供了详细的设计和设计原理，这表明开发者或研究者能够深入理解加速器的工作机制，并有可能对其进行定制或扩展。“asic fpga hardware vhdl verification verilog-hdl digital-design Verilog”标签涵盖了与硬件设计相关的各种技术领域： 1. **ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）**: ASIC是为特定应用而设计的集成电路，虽然不直接涉及FPGA，但通常FPGA设计可以作为ASIC原型，便于验证和优化。 2. **FPGA**: FPGA是一种可编程的逻辑器件，能够根据需求配置其内部连接和逻辑单元，适用于快速原型设计和高性能计算。 3. **Hardware**: 这里指的是物理实现层面，包括电路设计、布局布线等。 4. **VHDLVerilog-HDL**: VHDL和Verilog是两种常用的硬件描述语言，用于描述数字逻辑系统的结构和行为，在FPGA和ASIC设计中至关重要。 5. **Verification**: 设计验证确保了硬件设计符合功能需求的关键步骤，包括模拟、形式验证等技术。 6. **Digital Design**: 数字设计涵盖了数字系统的设计与实现，涉及组合逻辑与时序逻辑。 在压缩包“fpga-ml-accelerator-master”中，我们可能会找到以下内容： 1. **源代码**：包含VHDL或Verilog代码，定义了CNN操作的硬件模块，如卷积层、池化层和激活函数等。 2. **仿真脚本**: 用于验证设计功能是否正确的测试平台和激励信号。 3. **合成脚本**：将设计转化为FPGA厂商特定格式网表文件以便编程与部署。 4. **IP核**: 包含了预定义的IP核，如DDR内存控制器、PCIe接口等，以支持加速器与其他系统的通信需求。 5. **设计文档**: 描述设计流程、架构选择及性能评估详细信息。 6. **实验数据和结果**：展示了在实际CNN模型上使用该加速器后的性能提升情况。 综上所述，这个项目提供了一个完整的框架，不仅包含了FPGA加速器的设计实现方法论，还提供了验证与评估的方法。对于想要深入理解和实现FPGA上CNN加速器的工程师或研究者来说，这是一个宝贵的资源。通过学习和利用这些资料不仅可以提高硬件设计技能，还能掌握如何使用FPGA优化深度学习算法并提升系统性能。