FPGA上的高效CNN实现框架

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"本文介绍了一种用于在FPGA上实现高吞吐量卷积神经网络(CNN)的框架,该框架结合了算法优化、映射策略和自动化Verilog代码生成工具,旨在提高硬件效率和吞吐量。" 深度学习,尤其是卷积神经网络(CNN),在图像识别、语音处理等领域取得了显著成果,但其计算需求巨大,对计算资源提出了挑战。FPGA(Field-Programmable Gate Array)作为一种可重构硬件,因其灵活性和高效能而成为加速深度学习计算的理想平台。 本文作者提出了一套全面的框架,包括以下几个关键组成部分: 1. **算法优化**:针对计算复杂性和通信量减少进行优化。这涉及到对CNN中核心的卷积运算的改进。传统的频率域卷积(如Overlap-and-Add, OaA)方法在边缘处理时存在“无效”计算。为解决这个问题,他们提出了一个新的Concatenate-and-Pad(CaP)技术,该技术可以更有效地利用计算资源,减少边缘处的浪费,从而提高吞吐量。 2. **映射策略**:高效资源利用是FPGA加速的关键。此框架包含一个映射方法,目的是在FPGA的逻辑单元、BRAM(Block RAM)和DSP(Digital Signal Processing)块之间合理分配CNN层的计算任务,确保硬件资源得到充分利用,同时降低数据传输延迟。 3. **自动化Verilog生成**:为了简化设计流程并降低人工编程的复杂性,作者开发了一个工具,能够自动生成Verilog代码。这种自动化工具使得设计者可以快速地将优化后的算法映射到FPGA硬件,缩短了开发周期,提高了设计效率。 通过这些策略,该框架能够为FPGA上的CNN推理提供高性能解决方案,满足严格的硬件约束条件。它不仅提升了模型的执行速度,还可能降低能耗,这对于实时应用和大数据处理至关重要。此外,由于框架的通用性,它可以适应不同规模和类型的CNN模型,具有广泛的适用性。 总结来说,这篇论文提出的FPGA加速框架结合了算法优化、硬件映射和自动化代码生成,旨在实现深度学习模型,特别是CNN的高效硬件实现。这种方法对于提升边缘计算设备的性能、推动人工智能在物联网和其他嵌入式系统中的应用具有重要意义。