ADS-CNN: Adaptive Dataflow Scheduling for lightweight CNN accelerator on FPGAs

数据流 计算机科学 现场可编程门阵列 调度(生产过程) 计算机体系结构 嵌入式系统 加速 卷积神经网络 并行计算 计算机硬件 人工智能 运营管理 经济
作者
Yi Wan,Xianzhong Xie,Junfan Chen,Kunpeng Xie,Dezhi Yi,Ye Lu,Keke Gai
出处
期刊:Future Generation Computer Systems [Elsevier BV]
卷期号:158: 138-149 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.future.2024.04.038
摘要

Lightweight convolutional neural networks (CNNs) enable lower inference latency and data traffic, facilitating deployment on resource-constrained edge devices such as field-programmable gate arrays (FPGAs). However, CNNs inference requires access to off-chip synchronous dynamic random-access memory (SDRAM), which significantly degrades inference speed and system power efficiency. In this paper, we propose an adaptive dataflow scheduling method for lightweight CNN accelerator on FPGAs named ADS-CNN. The key idea of ADS-CNN is to efficiently utilize on-chip resources and reduce the amount of SDRAM access. To achieve the reuse of logical resources, we design a time division multiplexing calculation engine to be integrated in ADS-CNN. We implement a configurable module for the convolution controller to adapt to the data reuse of different convolution layers, thus reducing the off-chip access. Furthermore, we exploit on-chip memory blocks as buffers based on the configuration of different layers in lightweight CNNs. On the resource-constrained Intel CycloneV SoC 5CSEBA6 FPGA platform, we evaluated six common lightweight CNN models to demonstrate the performance advantages of ADS-CNN. The evaluation results indicate that, compared with accelerators that use traditional tiling strategy dataflow, our ADS-CNN can achieve up to 1.29× speedup with the overall dataflow scale compression of 23.7%.
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