【摘 要】
:
卷积神经网络作为人工智能经典算法的代表之一,是一种典型的多层神经网络,其稀疏连接、权值共享的特点作为后续人工神经网络研究的基石,在人工智能领域有着里程碑式的意义,在图像识别、图像处理、语音识别、视频处理等领域具有重要的应用价值。目前CNN的实现平台主要有CPU、GPU、ASIC和FPGA,其中CPU无法发挥CNN算法的并行性、GPU功耗过高、ASIC灵活性差且开发周期长,而且在未来应用端,人工神经
论文部分内容阅读
卷积神经网络作为人工智能经典算法的代表之一,是一种典型的多层神经网络,其稀疏连接、权值共享的特点作为后续人工神经网络研究的基石,在人工智能领域有着里程碑式的意义,在图像识别、图像处理、语音识别、视频处理等领域具有重要的应用价值。目前CNN的实现平台主要有CPU、GPU、ASIC和FPGA,其中CPU无法发挥CNN算法的并行性、GPU功耗过高、ASIC灵活性差且开发周期长,而且在未来应用端,人工神经网络95%的应用方向都是在推断过程中,所以研究人员将更多的目光聚集在低功耗、低延时、可编程的FPGA上。FPGA含有丰富的逻辑资源,通过编写内部结构可实现大规模的并行计算,能够充分发挥CNN并行计算的特性。本文提出了基于FPGA技术实现高并行度、识别性能以及识别速率优越的CNN的方法,实验表明该方法相较于CPU减少了43.8%的时间消耗,运算速度上相较于GPU提升了19.5%。本文首先介绍了卷积神经网络的国内外研究现状以及卷积神经网络实现平台的种类,分析了各种硬件实现平台的优缺点,详细阐述了AI硬件加速方向的硬件主流方向以及主要研究技术。本文在第二章中详细介绍了卷积神经网络的算法流程,包括二维卷积计算、池化采样、线性激活、反向传播训练权值、神经元全连接以及分类器计算。本文在第三章中提出了硬件体系结构整体设计方案。详细介绍了网络模型结构及训练参数,并对该网络设计其特定的硬件网络架构,包括控制器、输入/输出存储器、计算阵列,详细分析了卷积神经网络中可实现的并行性,既而提出本次硬件网络的并行度实现策略,减少硬件计算过程中的时间消耗。本文在第四章中具体介绍了基于FPGA的卷积神经网络实现过程,详细分析了硬件架构中卷积模块和池化采样模块中数据对齐输出的实现难点以及实现过程,提出了基于辅助地址SUP_address实现数据二级缓存的策略,从而提高了硬件计算的正确性,同时减少了下一层数据预处理阶段的时间消耗。最后,本文在第五章展示了设计系统的仿真及测试结果。在软件端使用MNIST手写数字集对所设计的系统进行测试,验证了系统的可靠性;在硬件端对系统的总模块及各个子模块分别进行测试,验证了系统模块的正确性以及子模块计算、存储的准确性;最后分别在CPU、GPU和FPGA平台上使用同种网络模型识别图片,对比各个平台的识别速度,体现出FPGA在卷积神经网络中计算能力的优势。
其他文献
目的:通过回顾性分析肺癌成骨性转移瘤和骨岛患者混合能量和能谱CT成像的结果,以探讨CT能谱成像用于鉴别肺癌成骨性转移瘤和骨岛的应用价值。材料和方法:收集大连医科大学附属第
随着知识经济的到来,创新逐渐成为这个时代发展最为重要的因素。区域经济发展的潜力越来越依赖于区域创新能力的提高,而创新能力高低则与区域创新环境的发展密切相关。良好的区域创新环境能够吸引和留住各种流动性资源,不仅为区域经济的发展提供源源不断的动力,也逐渐成为影响产业区位选择不可忽视的方面。与此同时,伴随着我国制造业转型升级发展的需要,将生产性服务业与制造业协同集聚发展成为了提升区域资源的利用效率,推动
随着社会的快速发展,当下全球面临着能源危机以及交通危机两大问题,以高新节能技术助力智能驾驶,逐渐成为两全其美的解决措施。一方面,摩擦纳米发电机由于能将机械能转换为电能并实现自供能,从而广泛应用于自驱动的传感器件。另一方面,驾驶状态监测非常有利于防止安全事故并确保驾驶员的安全。基于此,本文设计了一种基于摩擦发电传感器的自供能智能安全带,用于监测驾驶员行车过程中的驾驶姿态,为判别疲劳驾驶及激进驾驶等危
研究目的:探讨中期因子(midkine,MK)在喉鳞状细胞癌中的表达及其与血管生成的相关性。研究方法:1.选择我院耳鼻咽喉科病历资料完整,术前未行放、化疗,经手术病理确诊的喉鳞状
慢行交通作为一种低碳、环保、可持续的绿色出行方式,不仅在短距离出行中占据重要位置,也在居民换乘轨道交通的中、长距离出行中起着核心作用。采用理论实践相结合法及系统归
研究背景:原发性肝癌是消化系统最常见的恶性肿瘤之一,乙肝病毒(HBV)感染是导致其发生发展的常见诱因。DNA双链断裂损伤(DSBs)是导致肿瘤恶性发展的一个主要因素。研究显示,HBV感染
大学生思想政治教育有效接受就是把自己平日在课堂上、书本中、社会实践里学到的与思想政治教育有关的知识体系和价值观念通过内化吸收和自我教育囊括进自己的头脑,并在教育
大学生村官计划是着眼于加强农村基层组织建设,推动农村经济社会发展,引导和鼓励更多的优秀大学毕业生投身农村的一项人才引导政策。其历经十年发展,已进入政策拐角期,是继续
户外教育有利于学生综合素质的提升,在国内外得到了普遍认可和广泛实践。然而户外教育模式依托户外情境,仅仅依靠传统课堂管理方式难以适应,仍然存在着诸多亟待解决的问题:人员位置分散,教师难以兼顾授课与监管工作,无法时刻关注学生是否处于课堂范围内;学生由于不熟悉任务地点导致课堂混乱无序,影响作业进度;同时,限于条件教师无法随时把握学生学习进度,从而导致课堂时间安排不合理;此外,作业时效性难以保证,教师无法
中国护肤品行业既有巨大的潜力,也面临着巨大的挑战。当前,从云南护肤品市场看,不仅买方消费能力偏低,而且卖方营销手段滞后。因此,对护肤品营销策略的研究就极具现实意义。