Emerging workloads, such as Multi-Agent Reinforcement Learning (MARL), large-scale neuromorphic computing, and probabilistic graphical models, intrinsically exhibit parallel-sequential computing patterns. While these tasks demand massive parallelism to achieve high throughput, they are severely bottlenecked by irregular data access patterns centralized to main memory. Consequently, conventional architectures face fundamental limitations when executing these workloads, primarily manifesting as global buffer saturation and memory-bound bottlenecks. To address these challenges, we propose the Memory-Centric Hierarchical Architecture (MCHA), a reconfigurable hardware solution tailored for parallel-sequential execution. MCHA leverages a hierarchical communication strategy that facilitates distributed, inter-core data routing, thereby significantly reducing the bandwidth burden on the global memory. Complementing the hardware, MCHA introduces a novel parallel-sequential programming model that utilizes event-driven conditional triggers to effectively hide data transmission latency within the execution pipeline. We benchmark MCHA against a diverse suite of parallel-sequential tasks, including MARL, motor variable control, and Markov random fields. Validated through our open-source, cycle-accurate simulator, MCHA demonstrates performance speedups ranging from 153.06$\times$ to 2456.96$\times$ over NVIDIA A100 GPUs on MARL workloads, while maintaining robust programming flexibility across other application domains. Furthermore, the architecture successfully reduces main memory access from 96% to 5.44%. When synthesized in a 28 nm process, the MCHA implementation occupies an area footprint of 2.92mm$^2$ and consumes 115.36 mW of power at 200 MHz. MCHA is open-sourced at https://github.com/carabdis/MCHA.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

《分布式多智能体强化学习的编码》加州大学等
专知会员服务
57+阅读 · 2022年11月2日
【斯坦福大学】Gradient Surgery for Multi-Task Learning
专知会员服务
47+阅读 · 2020年1月23日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
106+阅读 · 2019年10月9日
【综述】多智能体强化学习算法理论研究
深度强化学习实验室
17+阅读 · 2020年9月9日
多智能体强化学习(MARL)近年研究概览
PaperWeekly
38+阅读 · 2020年3月15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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
李宏毅-201806-中文-Deep Reinforcement Learning精品课程分享
深度学习与NLP
15+阅读 · 2018年6月20日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017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
0+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
1+阅读 · 2014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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关主题
最新内容
人工智能与未来空战管理
专知会员服务
2+阅读 · 9月9日
机器的崛起:美海军陆战队组建机器人营思考
专知会员服务
8+阅读 · 9月8日
无面之战:人工智能如何重绘权力版图
专知会员服务
5+阅读 · 9月8日
《最强大的军事网状网络》
专知会员服务
9+阅读 · 9月7日
《预测陆军征兵任务分配》110页
专知会员服务
7+阅读 · 9月7日
相关资讯
【综述】多智能体强化学习算法理论研究
深度强化学习实验室
17+阅读 · 2020年9月9日
多智能体强化学习(MARL)近年研究概览
PaperWeekly
38+阅读 · 2020年3月15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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
李宏毅-201806-中文-Deep Reinforcement Learning精品课程分享
深度学习与NLP
15+阅读 · 2018年6月20日
相关基金
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017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
0+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
1+阅读 · 2014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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员