طراحي سخت‌افزاري عمليات كانولوشن با استفاده از ساختار GDI در شبكه‌هاي عصبي عميق

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق_ الكترونيك

كارشناسي ارشد

پياده‌سازي شبكه‌هاي عصبي و كانولوشني به دليل وجود لايه‌هاي متوالي در آن، چالش‌هايي را به‌ همراه دارد. افزايش روزافزون حجم اطلاعات در سال‌هاي اخير و نياز به سرعت‌هاي بالاتر پردازش اطلاعات، به‌كارگيري سخت‌افزارهاي پردازشي پيشرفته و نيز راهكارها و روش‌هاي جديد را ضروري نموده است. در بسياري از مطالعات اخير، هدف طراحي سخت‌افزارهايي است كه امكان انجام پردازش‌هاي مختلف از جمله اجراي عمليات كانولوشن را در حداقل زمان، ممكن سازد. عمليات كانولوشن در شبكه‌هاي عصبي يكي از چالش‌هاي اصلي‌ در عمليات‌ مرتبط با كاربردهاي تشخيص تصاوير، موتورهاي جست‌وجوگر، تجهيزات پزشكي و پردازنده‌ها به شمار مي‌رود. با استفاده از شتاب‌دهنده‌ها مي‌توان اين عمليات را در شبكه‌هاي عصبي با سرعت بالا اجرا كرد و با بررسي دقيق چگونگي روند محاسبات در لايه‌هاي يك شبكه مي‌توان ايده‌هايي نو جهت بهبود عملكرد آن مطرح نمود. در اين پايان‌نامه، مفاهيم مرتبط با پياده‌سازي سخت‌افزاري عمليات كانولوشن در شبكه‌هاي عصبي، عملكرد اين ساختار و پارامترهاي مهم آن مورد بررسي قرار گرفته است. در ادامه پياده‌سازي سخت‌افزار عمل كانولوشن با استفاده از ساختار GDI انجام شده است. با توجه به امكان طراحي مدارهاي موجود با تعداد ترانزيستور كمتر در ساختار GDI نسبت به ساختار CMOS استاندارد، در طرح‌هايي كه با چالش‌هايي همچون افزايش سطح اشغالي و تلفات و كاهش سرعت مواجه است، انتخاب اين ساختار مي‌تواند مناسب‌تر باشد. طرح پياده‌سازي شده در اين پايان‌نامه شامل قسمت‌‌هاي متعددي است كه بهبود هر كدام، تاثير زيادي در بهبود نهايي مدار دارد. به عنوان مثال در پياده‌سازي بخشي از مدار كه شامل 2200 گيت AND است، در صورتي كه گيت‌هاي‌ مذكور با استفاده از ساختار مداري CMOS پياده‌سازي شود، به 13200 ترانزيستور نياز است، در حالي كه پياده‌سازي آن با ساختار GDI به 4400 ترانزيستور نياز دارد. طرح نهايي در‌ مقايسه با ساختار CMOSمعادل، به سرعت 2.08 برابر و بهبود انرژي 16.5 درصد دست يافته است. جهت رسيدن به ابعاد بهينه‌ي ترانزيستورها در ساختار GDI با توجه به متفاوت بودن رفتار مدار در اين ساختار، ابعاد بهينه محاسبه و مقادير مناسب در نظر گرفته شده است. همچنين جهت جلوگيري از ايجاد زنجيره‌ي خازني در اثر اتصالات ساختارهاي GDI، در بخش‌هايي از مدار از ساختارهاي CMOS و GDI به صورت توأم استفاده شده است. نتايج شبيه‌سازي صحت عملكرد طرح در انجام عمليات كانولوشن را نشان مي‌دهد.

229477

مدار مجتمع

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان