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动态可重构的残差网络硬件加速器设计

动态可重构的残差网络硬件加速器设计

作者：王煜聪杭州电子科技大学

学位级别：硕士

近年来随着智能硬件和5G技术的发展,智慧安防、生物医疗、汽车电子等强实时性应用开始快速兴起。与此同时,AI任务日益复杂,神经网络所需算力越来越大,这使得无论是云计算或边缘计算都无法满足终端设备低时延、强算力的需求,为解决上述A... 详细信息

近年来随着智能硬件和5G技术的发展,智慧安防、生物医疗、汽车电子等强实时性应用开始快速兴起。与此同时,AI任务日益复杂,神经网络所需算力越来越大,这使得无论是云计算或边缘计算都无法满足终端设备低时延、强算力的需求,为解决上述AI技术应用困难的问题,神经网络的硬件加速具有重要研究意义。对终端硬件而言,FPGA具有低功耗、高性能的特点,又比专用ASIC芯片更灵活,且开发成本低,十分适用于算法更新频繁的AI应用场景。然而目前多数硬件加速方案为静态重构的架构,无法根据不同需求动态调整内部结构和功能,并且缺少对残差神经网络等新型结构的硬件支持。针对上述问题,本文面向残差网络的应用,开展网络轻量化方案和动态可重构架构的研究,提出一种动态可重构的残差网络硬件加速方案,论文主要工作与创新点如下:1、针对神经网络部署困难的问题,本文基于软硬件协同设计思想,提出了一种Supertile-INT8动态量化方案,使计算单元频率达到系统主频的2倍;使用INT8权重拼接计算技术,配合补偿因子修正结果,卷积计算速度可提升4倍。2、针对当前硬件加速器通用性较弱,难以适配不同网络的问题,本文提出一种混合粒度的动态可重构架构,可根据预配置信息弹性控制计算通路,在不同的网络加速任务中选择最优的计算模式。3、针对传统硬件加速器算子支持单一的问题,本文提出了一种残差网络硬件加速方案,通过额外片上缓存存储残差数据,减少了计算时延。以加速Res Net-50为例,本方案处理速度可达156.7帧/秒,算力约为ARM设备的4.35倍,能耗比可达53.67GOPS/s/W。论文基于Xilinx xcku060芯片和Vivado开发平台,完成了动态可重构的残差网络硬件加速器的系统设计、功能仿真及性能评估。通过实验论证,本文所设计系统具有能效比高,可扩展性强的特点,为实际工程应用奠定了基础。

关键词：动态可重构残差神经网络硬件加速混合粒度 FPGA

面向新闻数据挖掘的多视图聚类方法研究及应用

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面向新闻数据挖掘的多视图聚类方法研究及应用

作者：胡艳重庆邮电大学

学位级别：硕士

多视图新闻数据聚类分析可以快速从海量新闻中获得有价值的信息,在舆情分析、个性化新闻推荐、情感分析、预警等领域能够得到较好的应用效果。当前的多视图新闻数据聚类分析存在以下几个问题:(1)新闻内容中的文本、图片和音视频等多媒... 详细信息

多视图新闻数据聚类分析可以快速从海量新闻中获得有价值的信息,在舆情分析、个性化新闻推荐、情感分析、预警等领域能够得到较好的应用效果。当前的多视图新闻数据聚类分析存在以下几个问题:(1)新闻内容中的文本、图片和音视频等多媒体信息是由不同语义层次、不同粒度的内容概念进行描述的,若直接将各视图一视同仁地进行学习,将严重影响数据挖掘性能。(2)到目前为止,大多数方法都是在假设各视图是完备的基础上进行实验的。但在现实应用中,由于各种情形,导致完备视图数据很难获取,因此传统方法并不能较好地对不完备多视图数据进行聚类分析。针对以上几个问题,本文对混合粒度多视图新闻数据聚类方法以及不完备多视图新闻数据聚类方法进行了研究。主要研究工作如下:1.提出一种混合粒度多视图新闻数据聚类方法。针对现有的新闻数据聚类分析方法并未考虑不同视图特征的粒度差异以及视图重要性程度的差异,对现有的方法进行优化。首先,通过特征选择使得各视图混合粒度特征统一到相同的标签粒度。然后通过熵对各个视图进行加权融合,减少类别划分并不明确的特征空间所对应的视图对整个多视图聚类分析的作用。最后,用标准的k-means方法进行聚类。2.提出一种不完备多视图新闻数据聚类方法。针对现有大多数方法是在各个视图完整的假设基础上进行研究,并不能较好地处理视图不完备的数据的问题,对现有的方法进行改进。在混合粒度多视图新闻数据聚类方法的基础上,计算不完备多视图数据的相似度矩阵。同时,借助非负矩阵分解获得原始数据相似度矩阵的子空间矩阵,降低由于填充不准确带来的影响,并将缺失视图数据的填充和聚类过程相统一,通过可观测的视图数据迭代地更新缺失视图数据。3.基于多视图聚类的新闻热门话题发现应用。针对网络新闻数据热门话题发现应用场景存在新闻传播的平台广泛、新闻数据类型复杂、新闻数据数量庞大以及新闻传播速度极快等问题,本文将不完备多视图新闻数据聚类算法(IMVCN)应用在实际的新闻热门话题发现上,对网络新闻数据进行聚类,有效地挖掘出了新闻的热门话题。

关键词：多视图聚类新闻数据混合粒度视图缺失

面向随机游走的分区关联感知I/O管理方法研究

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面向随机游走的分区关联感知I/O管理方法研究

作者：陈硕华中科技大学

学位级别：硕士

随机游走是分析大规模图数据的基础技术,为许多重要的图度量、排序和图嵌入算法奠定了基础,广泛应用于图数据分析和机器学习等领域。但是现有的通用图处理系统没有充分考虑随机游走应用的特征,采用基于迭代的I/O模型,限制了随机游走应... 详细信息

随机游走是分析大规模图数据的基础技术,为许多重要的图度量、排序和图嵌入算法奠定了基础,广泛应用于图数据分析和机器学习等领域。但是现有的通用图处理系统没有充分考虑随机游走应用的特征,采用基于迭代的I/O模型,限制了随机游走应用的效率。现有的随机游走专用图处理系统采用基于状态感知的I/O模型,没有考虑游走过程中的数据活跃状态和分区关联状态,仍然存在大量外存I/O和I/O利用率不高的问题。为了提高系统的I/O利用率,减少外存I/O次数,分析了随机游走过程中的数据活跃状态、分区关联状态对系统I/O性能的影响。（1）结合数据活跃状态,提出基于顶点活跃度的混合粒度图分区方法,对活跃数据采用粗粒度的分区,对不活跃的数据集采用细粒度的分区,减少对活跃数据的多次外存I/O,降低对不活跃数据的无效加载,从而提高I/O利用率;（2）根据分区关联状态,提出基于分区关联感知的图分区调度策略,加载与内存中分区关联关系最紧密的分区以充分利用内存中的其他分区数据,进一步提高I/O利用率,加快随机游走应用的执行速度。设计实现了面向随机游走的基于混合粒度分区关联感知的图处理系统MPAWalker。实验结果表明,在不同图数据集和随机游走算法测试下MPAWalker相比GraphWalker性能均有提升,系统的执行时间缩短了3.01%-69.98%,测试对比了MPAWalker和GraphWalker的I/O次数和I/O利用率,I/O次数平均降低了41.02%,I/O利用率最高提高了38.34%,有效的提高了系统的I/O性能。

关键词：随机游走图处理系统 I/O管理状态感知混合粒度

硬质合金刀具扩散磨损的数值模及成分优化设计

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硬质合金刀具扩散磨损的数值模及成分优化设计

作者：李一楠哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

硬质合金刀具不但硬度、机械强度、弹性模量高,而且线膨胀系数小,抗腐蚀性、耐磨性、抗氧化性好,所以它是当代最广泛应用的一种刀具材料。目前硬质合金刀具几乎覆盖了所有刀具的品种,进一步取代高速钢刀具。随着材料科学与制造技术的发... 详细信息

硬质合金刀具不但硬度、机械强度、弹性模量高,而且线膨胀系数小,抗腐蚀性、耐磨性、抗氧化性好,所以它是当代最广泛应用的一种刀具材料。目前硬质合金刀具几乎覆盖了所有刀具的品种,进一步取代高速钢刀具。随着材料科学与制造技术的发展,硬质合金刀具的性能得到了很大的改善,特别是近十几年来,涂层技术等的迅速发展,使硬质合金刀具的性能有了重大的改善,应用范围日益广大。在硬质合金刀具切削难加工材料(如高温钢、不锈钢)时,由于切削力很大,在切削过程中,被切削材料产生了较大的塑性变形,刀具与工件间存在着较大的摩擦,因此产生大量的切削热,由于难加工材料的导热系数低,大部分切削热集中在切削区,使得切削温度急剧升高。由于切削力大、切削温度高,这就为刀具与工件之间发生扩散磨损创造了条件。针对硬质合金刀具切削奥氏体不锈钢粘刀现象严重的问题,利用热力学软件Thermo-calc中的TCC模块和DICTRA模块模拟了硬质合金刀具与被切削工件之间发生的原子扩散。主要对Fe-Co、Cr-Co、Ni-Co、Mn-Co、元素之间的相互扩散以及C在刀具表面的富集情况进行数值模拟。证实了刀具与工件之间发生的原子间相互扩散是发生粘刀现象的主要原因。针对硬质合金在烧结时WC晶粒容易长大导致合金的综合性能下降的问题,通过添加晶粒抑制剂可以有效地抑制晶粒长大。找出了不同抑制剂NbC、TaC、VC、Cr3C2、TiC细化细粒的效果,并且说明了添加不同抑制剂时对硬质合金物理机械性能的影响,从硬质合金材料的角度找出提高硬质合金刀具机械性能的方法和规律。采用混合粒度的方法制备硬质合金是目前刀具材料方面新的发展方向。在实验室条件下,制备出的混合粒度硬质合金试样在物理机械性能上都明显优于单一粒度的试样,并根据晶体的致密度原理找出两种不同粒度WC粉末搭配的百分配比。通过扫描电镜分析国内外著名品牌的刀具材料,发现这些刀具材料之所以性能优越,一个很重要的原因就是采用了混合粒度的制备方法。通过通用多功能数理统计和数学模型处理软件系统-DPS(Data Processing

关键词： Thermo-Calc&DICTRA 扩散磨损晶粒抑制剂混合粒度统计学软件DPS

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虚拟网络均衡利益的资源配置算法研究

虚拟网络均衡利益的资源配置算法研究

作者：苏喜娟南京邮电大学

学位级别：硕士

异构网络的融合和未来网络的演进面临的一个关键问题是怎样最有效地利用多终端、多网络提供更加灵活的业务，并且提高资源的有效利用效率。为解决此问题，网络虚拟化技术作为支撑技术之一被提出，它能够有效解决当前网络的僵化，克服网... 详细信息

异构网络的融合和未来网络的演进面临的一个关键问题是怎样最有效地利用多终端、多网络提供更加灵活的业务，并且提高资源的有效利用效率。为解决此问题，网络虚拟化技术作为支撑技术之一被提出，它能够有效解决当前网络的僵化，克服网络的异构性，提供灵活的组网方式。虚拟资源描述和资源配置是网络虚拟化中两个关键问题，本文通过分析网络虚拟化的背景，以及商业角色的变化，并结合虚拟资源的特性给出一种资源描述和发现机制，通过研究资源配置中的几个关键技术，给出一种能够均衡收益的动态资源配置算法。本文首先针对网络虚拟化环境中虚拟资源的特性进行分析，得出虚拟网络中资源描述必须遵循的几点规则：跨平台、易于理解、易处理、便于资源调整等，接着根据XML语言具有的特点，本文采用基于XML语言的的虚拟资源描述机制，利用RDF对虚拟资源进行细粒度的描述，用WSDL2.0对资源以及请求进行粗粒度的描述，实验通过对混合粒度的资源描述方案进行实验分析，结果显示能有效提高资源利用。对于资源配置问题，本文通过对商业模型以及商业角色进行分析，聚焦研究的范围，提出资源配置要把运营收益与用户受益相结合。因此在资源配置中，利用接纳控制、虚拟路径分割、请求预测以及信息收集和策略调控等关键技术，不仅实现了动态的资源配置，同时也保证了用户利益。

关键词：虚拟资源描述混合粒度利益均衡动态资源配置