A fast and scalable architecture to run convolutional neural networks in low density FPGAs

计算机科学 可扩展性 现场可编程门阵列 卷积神经网络 建筑 计算机体系结构 并行计算 嵌入式系统 人工智能 操作系统 艺术 视觉艺术
作者
Mário P. Véstias,Rodrigo Duarte,J.T. de Sousa,Horácio C. Neto
出处
期刊:Microprocessors and Microsystems [Elsevier]
卷期号:77: 103136-103136 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.micpro.2020.103136
摘要

Deep learning and, in particular, convolutional neural networks (CNN) achieve very good results on several computer vision applications like security and surveillance, where image and video analysis are required. These networks are quite demanding in terms of computation and memory and therefore are usually implemented in high-performance computing platforms or devices. Running CNNs in embedded platforms or devices with low computational and memory resources requires a careful optimization of system architectures and algorithms to obtain very efficient designs. In this context, Field Programmable Gate Arrays (FPGA) can achieve this efficiency since the programmable hardware fabric can be tailored for each specific network. In this paper, a very efficient configurable architecture for CNN inference targeting any density FPGAs is described. The architecture considers fixed-point arithmetic and image batch to reduce computational, memory and memory bandwidth requirements without compromising network accuracy. The developed architecture supports the execution of large CNNs in any FPGA devices including those with small on-chip memory size and logic resources. With the proposed architecture, it is possible to infer an image in AlexNet in 4.3 ms in a ZYNQ7020 and 1.2 ms in a ZYNQ7045.
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