Unified Accelerator for Attention and Convolution in Inference Based on FPGA

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作者
Tianyang Li,Fan Zhang,Xitian Fan,Jianliang Shen,Wei Guo,Wei Cao
标识
DOI:10.1109/iscas46773.2023.10182145
摘要

Many models combining Transformers with convolutional neural networks (CNNs) for computer vision tasks have achieved state-of-the-art results. However, due to the different computation patterns between attention and convolution, using a dedicated Transformer or CNN accelerator will inevitably reduce the computing efficiency of the other. To overcome this problem, we propose a unified architecture for attention and convolution on FPGA. We reduce runtime overhead by offloading part of self-attention computations offline before inference. Furthermore, we present a unified mapping method according to the computing characteristics of attention-based and convolution-based models. This accelerator implements multi-head attention in Transformer, independent ResNet-50 and hybrid blocks of attention and con-volution in BoTNet-50 at 200MHz on Xilinx Virtex Ultrascale+ XCVU37P. Experimental results show that the solution is nearly 3.62 times more energy-efficient than the NVIDIA V100 GPU, and the computational efficiency is 11.86% and 28.29% higher than the state-of-the-art Transformer and ResNet-50 accelerators, respectively.
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