基于可重构计算平台的支持向量机加速器设计

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随着人工智能技术的发展,对高效灵活的机器学习芯片的需求越来越高。支持向量机是一种被广泛应用的机器学习分类算法,但其计算复杂度高,训练效率低,本文设计了基于可重构计算平台的高性能支持向量机硬件加速器,利用可重构技术对支持向量机的训练和推理进行硬件加速,通过并行计算和流水处理的方式加快了计算速度,同时利用可重构计算的优势,实现了高效的资源共享。本论文基于一款粗粒度可重构硬件平台,采用训练效率更高的最小二乘支持向量机(LS-SVM),对训练加速器和推理加速器分别进行了硬件实现,设计了支持核函数可配置的指数计算模块、基于Table-Driven的泰勒展开方法的幂值计算模块、乘累加模块、更新值计算模块、更新及阈值判断模块和乘累加树模块。以上硬件模块利用重构方式对计算阵列进行复用,减少了整体硬件资源的消耗,并提高了资源利用率。同时以上模块均可多路并行以及流水计算,可大幅减少运算时间,且支持任意样本数及特征数可配置,具有很好的灵活性。分别基于UVM仿真平台和FPGA平台进行了功能验证,基于SMIC 14nm CMOS工艺的综合结果显示,最大时钟频率可达1GHz;基于Xilinx XCVU440开发板进行FPGA实现,最大时钟频率可达200MHz,对一些常用的线性可分及不可分的数据集进行了测试,均实现了良好的分类效果。同时与相关最新工作进行了对比,加速效果可达到2.1~5.9倍。
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