FPGA-Based Sparse Matrix Multiplication Accelerators: From State-of-the-Art to Future Opportunities

现场可编程门阵列 计算机科学 矩阵乘法 稀疏矩阵 软件部署 计算机体系结构 嵌入式系统 软件工程 量子力学 量子 物理 高斯分布
作者
Yajing Liu,Ruiqi Chen,Shuyang Li,Jing Yang,Shun Li,Bruno da Silva
出处
期刊:ACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems [Association for Computing Machinery]
卷期号:17 (4): 1-37 被引量:2
标识
DOI:10.1145/3687480
摘要

Sparse matrix multiplication (SpMM) plays a critical role in high-performance computing applications, such as deep learning, image processing, and physical simulation. Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs), with their configurable hardware resources, can be tailored to accelerate SpMMs. There has been considerable research on deploying sparse matrix multipliers across various FPGA platforms. However, the FPGA-based design of sparse matrix multipliers still presents numerous challenges. Therefore, it is necessary to summarize and organize the current work to provide a reference for further research. This article first introduces the computational method of SpMM and categorizes the different challenges of FPGA deployment. Following this, we introduce and analyze a variety of state-of-the-art FPGA-based accelerators tailored for SpMMs. In addition, a comparative analysis of these accelerators is performed, examining metrics including compression rate, throughput, and resource utilization. Finally, we propose potential research directions and challenges for further study of FPGA-based SpMM accelerators.

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