Hardware-Software Co-Design of Matrix-Solving for Non-Linear Optimization in SLAM Systems

可列斯基分解 计算机科学 稀疏矩阵 基质(化学分析) 同时定位和映射 机器人 软件 设计矩阵 计算 任务(项目管理) 算法 数学优化 人工智能 机器学习 移动机器人 数学 线性模型 工程类 物理 特征向量 复合材料 高斯分布 材料科学 程序设计语言 系统工程 量子力学
作者
Liting Niu,Weiyi Zhang,Cheng Nian,Fei Shao,Fasih Ud Din Farrukh,Chun Zhang
标识
DOI:10.1109/iecon51785.2023.10311711
摘要

Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) is one of the most important techniques for autonomous robots that enables the robot aware of its current position and the surrounding environment. There is a significant improvement in the accuracy with the advancement in SLAM algorithms. However, the computation complexity increases accordingly and the embedded processors of autonomous robots struggle to support heavy calculation. Matrix-solving contributes a major portion of calculation time and considering sub-tasks such as bundle adjustment takes over 40% of total time. Therefore, it is significant to optimize the calculations required for matrix-solving. However, previous works for matrix-solving accelerators are generalized and the specific matrix form in SLAM problems is not fully considered. This work concentrates on the dedicated software and hardware codesign of the matrix-solving task in SLAM systems and provides three solutions for different scales of matrix-solving problems in SLAM. The proposed FSFI-Cholesky and FI-Iterative method have achieved up to 120.2x speed improvement over the non-optimized Cholesky algorithm. Moreover, this work also reduces the execution time by more than 7.0x compared to the state-of-the-art design with fewer DSPs used for both dense and sparse matrices.
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