An All-digital Compute-in-memory FPGA Architecture for Deep Learning Acceleration

现场可编程门阵列 计算机科学 建筑 加速度 深度学习 计算机体系结构 嵌入式系统 并行计算 人工智能 经典力学 物理 艺术 视觉艺术
作者
Yonggen Li,Xin Li,Haibin Shen,Jicong Fan,Yanfeng Xu,Kejie Huang
出处
期刊:ACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems [Association for Computing Machinery]
卷期号:17 (1): 1-27
标识
DOI:10.1145/3640469
摘要

Field Programmable Gate Array (FPGA) is a versatile and programmable hardware platform, which makes it a promising candidate for accelerating Deep Neural Networks (DNNs). However, FPGA’s computing energy efficiency is low due to the domination of energy consumption by interconnect data movement. In this article, we propose an all-digital Compute-in-memory FPGA architecture for deep learning acceleration. Furthermore, we present a bit-serial computing circuit of the Digital CIM core for accelerating vector-matrix multiplication (VMM) operations. A Network-CIM-deployer ( NCIMD ) is also developed to support automatic deployment and mapping of DNN networks. NCIMD provides a user-friendly API of DNN models in Caffe format. Meanwhile, we introduce a Weight-stationary dataflow and describe the method of mapping a single layer of the network to the CIM array in the architecture. We conduct experimental tests on the proposed FPGA architecture in the field of Deep Learning (DL), as well as in non-DL fields, using different architectural layouts and mapping strategies. We also compare the results with the conventional FPGA architecture. The experimental results show that compared to the conventional FPGA architecture, the energy efficiency can achieve a maximum speedup of 16.1×, while the latency can decrease up to 40% in our proposed CIM FPGA architecture.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
Zsx完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
芋芋应助哈哈采纳,获得100
1秒前
1秒前
2秒前
Giant06230824发布了新的文献求助10
2秒前
在水一方应助rj采纳,获得10
2秒前
3秒前
3秒前
在水一方应助finis147采纳,获得10
3秒前
碧蓝的不惜完成签到,获得积分10
4秒前
学一下吧完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
5秒前
xxxx发布了新的文献求助10
6秒前
田様应助源轩采纳,获得10
6秒前
朴素太阳应助RUIRUIRUI采纳,获得10
6秒前
labor完成签到,获得积分10
7秒前
李欣桦发布了新的文献求助10
7秒前
HaoyuHu发布了新的文献求助10
7秒前
以利沙发布了新的文献求助10
8秒前
缥缈静珊完成签到,获得积分10
8秒前
与一人同游完成签到,获得积分10
8秒前
GPTea发布了新的文献求助10
8秒前
10秒前
10秒前
油麦菜完成签到,获得积分10
10秒前
脑洞疼应助热心网友123采纳,获得20
10秒前
在水一方应助缥缈静珊采纳,获得10
11秒前
Lucas应助粥啊采纳,获得10
11秒前
晚风完成签到,获得积分10
11秒前
zzj完成签到,获得积分10
12秒前
huang发布了新的文献求助10
12秒前
Minnie完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
13秒前
CWQ完成签到,获得积分10
14秒前
xuan完成签到,获得积分20
14秒前
blush完成签到,获得积分10
14秒前
15秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Geist der Kunst und Kultur 1000
Resistance Spot Welding Dataset for Automobile Body-in-White Quality Analysis 748
悉尼大学博士学位论文,题目:Modelling and testing of one-sided stitched laminated composites. 作者:Kristopher P. Plain 700
Child and Adolescent Psychology 600
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
丝光沸石活性位点定向调控及其二甲醚羰基化性能研究 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7418429
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9022160
关于积分的说明 19218169
捐赠科研通 7048530
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3234604
关于科研通互助平台的介绍 2397591
邀请新用户注册赠送积分活动 2216709