The computation and memory-intensive nature of DNNs limits their use in many mobile and embedded contexts. Application-specific integrated circuit (ASIC) hardware accelerators employ matrix multiplication units (such as the systolic arrays) and dedicated nonlinear function units to speed up DNN computations. A close examination of these ASIC accelerators reveals that the designs are often specialized and lack versatility across different networks, especially when the networks have different types of computation. In this paper, we introduce a novel systolic array architecture, which is capable of executing nonlinear functions. By encompassing both inherent linear and newly enabled nonlinear functions within the systolic arrays, the proposed architecture facilitates versatile network inferences, substantially enhancing computational power and energy efficiency. Experimental results show that employing this systolic array enables seamless execution of entire DNNs, incurring only a negligible loss in the network inference accuracy. Furthermore, assessment and evaluation with FPGAs reveal that integrating nonlinear computation capacity into a systolic array does not introduce extra notable (less than 1.5%) block memory memories (BRAMs), look-up-tables (LUTs), or digital signal processors (DSPs) but a mere 13.3% - 24.1% more flip flops (FFs). In comparison to existing methodologies, executing the networks with the proposed systolic array, which enables the flexibility of different network models, yields up to 25.73x, 5.21x, and 1.54x computational efficiency when compared to general-purpose CPUs, GPUs, and SoCs respectively, while achieving comparable (83.4% - 135.8%) performance with the conventional accelerators which are designed for specific neural network models.


翻译:深度神经网络(DNN)的计算密集型和内存密集型特性限制了其在众多移动及嵌入式场景中的应用。专用集成电路(ASIC)硬件加速器采用矩阵乘法单元(如脉动阵列)和专用非线性函数单元来加速DNN计算。对这类ASIC加速器的细致分析表明,其设计往往具有专用性,且在不同网络(尤其是包含不同类型计算任务的网络)间缺乏通用性。本文提出一种新颖的脉动阵列架构,该架构能够执行非线性函数。通过将固有的线性运算与新增的非线性功能集成于脉动阵列内,所提架构支持多种网络的推理任务,显著提升了计算能力与能效。实验结果表明,采用该脉动阵列可实现整个DNN的无缝执行,且网络推理精度损失可忽略不计。此外,基于FPGA的评估与验证显示,将非线性计算能力集成至脉动阵列,不会显著增加块内存(BRAM)、查找表(LUT)或数字信号处理器(DSP)资源(增幅小于1.5%),而仅需额外增加13.3%至24.1%的触发器(FF)。与现有方法相比,使用所提脉动阵列执行网络(可灵活适配不同网络模型),其计算效率相比通用CPU、GPU及片上系统(SoC)分别提升最高达25.73倍、5.21倍和1.54倍,同时可实现与专为特定神经网络模型设计的传统加速器相当的性能(83.4%至135.8%)。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
分层反无人机系统发展新趋势
专知会员服务
8+阅读 · 9月3日
何为协作武器?
专知会员服务
10+阅读 · 9月1日
《理解认知战:超越信息》
专知会员服务
14+阅读 · 9月1日
美国战争部在GenAI.mil上推出OpenAI的ChatGPT Mil
专知会员服务
10+阅读 · 8月31日
人工智能赋能军事维护:重新定义国防战备
专知会员服务
5+阅读 · 8月31日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员