Agamotto: A Performance Optimization Framework for CNN Accelerator With Row Stationary Dataflow

计算机科学 现场可编程门阵列 数据流 计算机硬件 可扩展性 硬件加速 嵌入式系统 软件 延迟(音频) 并行计算 操作系统 电信
作者
Donghyuk Kim,Sanghyun Jeong,Joo-Young Kim
出处
期刊:IEEE Transactions on Circuits and Systems I-regular Papers [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:70 (6): 2487-2496 被引量:5
标识
DOI:10.1109/tcsi.2023.3258411
摘要

We propose a software/hardware co-design framework called Agamotto for the complete design automation and performance optimization of the row stationary-based CNN accelerator. We design a scalable accelerator template whose critical design parameters can be configured. Based on the hardware template, Agamotto estimates the performance of the numerous possible hardware implementations for the target FPGA device and CNN model using the latency modeling tool. It chooses the best hardware design and generates the instructions and optimal runtime variables for each target CNN layer. As a result, Agamotto can generate the best hardware design within 61.67 seconds, achieving up to 2.8x higher hardware utilization than the original accelerator. In addition, experimental results show that the performance estimation is accurate, showing only 4.8% difference against the FPGA runtime for the end-to-end CNN model execution. The accelerator implemented on the Xilinx VCU118 evaluation board achieves 402 giga operations per second (GOPS) at 200 MHz, resulting in 13 frames per second (FPS) for the end-to-end execution of VGG-16. It is flexible enough to run more complex CNN models such as ResNet-50 and DarkNet-53, achieving 29.3 FPS and 16.9 FPS, respectively.
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