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基于SRAM缓存和存内计算的低功耗关键词唤醒系统
1
作者
黄至锐
贾心茹
+1 位作者
朱浩哲
陈迟晓
《计算机工程与科学》
CSCD
北大核心
2024年第8期1331-1339,共9页
为了解决关键词唤醒算法部署在边缘计算硬件会带来较高功耗、给电池驱动的设备带来续航挑战的问题,提出了一种基于存内计算技术和软硬件协同优化的低功耗关键词唤醒系统。在算法层面,基于标准MFCC算法拓扑结构提出了一种三值量化MFCC-CN...
为了解决关键词唤醒算法部署在边缘计算硬件会带来较高功耗、给电池驱动的设备带来续航挑战的问题,提出了一种基于存内计算技术和软硬件协同优化的低功耗关键词唤醒系统。在算法层面,基于标准MFCC算法拓扑结构提出了一种三值量化MFCC-CNN联合算法,将MFCC中的全部通用矩阵乘映射到神经网络加速器当中。在电路层面,提出了一种基于SRAM的存内计算核心,用于解决传统冯·诺依曼架构加速器存在的功耗墙和存储墙问题。同时通过复用存内计算核心的SRAM存储功能提出了一种基于查找表实现的缓存电路,用于替代寄存器延迟链电路。SRAM存内计算核心和SRAM缓存电路均采用定制单元实现。在系统层面,基于以上2种定制电路设计了一种低功耗关键词唤醒系统。该系统采用ASIC与定制化电路设计流程设计,并使用28 nm CMOS工艺库对该设计进行了ASIC综合,在250 kHz下,关键词唤醒系统运行10分类任务的延迟是64 ms,整体功耗为645.28μW,其中MFCC流水线的动态功耗占总动态功耗的5.9%,总功耗仅占系统功耗的1.3%。
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关键词
关键词唤醒
三值量化神经网络
存内计算
串行快速傅里叶变换
软硬件协同设计
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职称材料
面向商业航天卫星成本效益的三模冗余软错误防护技术:近似计算的实践
被引量：
3
2
作者
李炎
胡岳鸣
曾晓洋
《电子与信息学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第5期1604-1612,共9页
三模冗余(TMR)作为如今集成电路可靠性领域中最为常用且有效的软错误加固技术,在满足高容错要求之时,不可避免地牺牲了庞大的硬件损耗。为实现面积、功耗等硬件性能和容错电路加固能力的折中考虑,适应低成本高可靠性加固的时代需求,针...
三模冗余(TMR)作为如今集成电路可靠性领域中最为常用且有效的软错误加固技术,在满足高容错要求之时,不可避免地牺牲了庞大的硬件损耗。为实现面积、功耗等硬件性能和容错电路加固能力的折中考虑,适应低成本高可靠性加固的时代需求,针对基于近似计算的三模冗余加固技术(ATMR)进行研究,该文提出一种基于近似门单元(ApxLib)的动态调整多目标优化框架(ApxLib+DAMOO)。首先,其基本优化框架采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)实现,通过极性分析与预创建的近似库对电路实现快速近似。随后,该框架提出动态概率调整和极性扩张两种创新机制,根据可测性分析对遗传算法中门单元的突变概率进行动态更新,对双向门单元进行定向识别和重构,以实现寻优效率和寻优效果的双重优化。实验结果表明,该文提出的优化框架与传统NSGA-Ⅱ相比,在相同硬件损耗下可实现最大10%~20%的额外软错误率(SER)降低,且其执行时间平均降低18.7%。
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关键词
容软错误加固
三模冗余
近似计算
多目标优化
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职称材料
基于广义可扩展RPCA滤波的超快超声脑血流与功能成像方法研究
3
作者
吴浩田
闫少渊
+1 位作者
许凯亮
他得安
《仪器仪表学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第6期188-197,共10页
开发高分辨和高灵敏度的小血管可视化技术,对相关组织病变的早期诊断和治疗监测具有重要的临床意义。不同于传统聚焦超声,超快超声多普勒(μDoppler)成像技术凭借数千帧的成像帧率,可检测到小血流的瞬时变化。组织杂波滤除和噪声抑制对...
开发高分辨和高灵敏度的小血管可视化技术,对相关组织病变的早期诊断和治疗监测具有重要的临床意义。不同于传统聚焦超声,超快超声多普勒(μDoppler)成像技术凭借数千帧的成像帧率,可检测到小血流的瞬时变化。组织杂波滤除和噪声抑制对于μDoppler的成像质量至关重要。常用的杂波滤除方法为奇异值分解(SVD)方法,该方法利用信号时空相干性差异可快速实现组织杂波和血流信号分离,然而无法有效抑制噪声。本研究创新性提出了一种基于广义可扩展的鲁棒主成分分析(GSRPCA)的杂波滤除方法,使用Schatten p范数和lq范数来加强鲁棒主成分分析(RPCA)模型的低秩约束和稀疏约束,增强了小血流信号的提取能力。大鼠脑血流成像结果表明,GSRPCA能够提升功率多普勒成像中血管的成像质量,相较SVD提高信噪比约20 dB,且提高对比噪声比约10 dB。大鼠超声脑功能成像结果表明,GSRPCA能够提升小血管血容量动态检测的灵敏度。相关方法对超快超声成像杂波滤除的研究具有一定借鉴意义。
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关键词
超快超声
杂波滤除
广义可扩展RPCA
脑血流
功能成像
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职称材料
题名
基于SRAM缓存和存内计算的低功耗关键词唤醒系统
1
作者
黄至锐
贾心茹
朱浩哲
陈迟晓
机构
复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室
复旦大学
芯片与
系统
前沿技术研究院
出处
《计算机工程与科学》
CSCD
北大核心
2024年第8期1331-1339,共9页
基金
国家重点研发计划(2022YFB4500101)。
文摘
为了解决关键词唤醒算法部署在边缘计算硬件会带来较高功耗、给电池驱动的设备带来续航挑战的问题,提出了一种基于存内计算技术和软硬件协同优化的低功耗关键词唤醒系统。在算法层面,基于标准MFCC算法拓扑结构提出了一种三值量化MFCC-CNN联合算法,将MFCC中的全部通用矩阵乘映射到神经网络加速器当中。在电路层面,提出了一种基于SRAM的存内计算核心,用于解决传统冯·诺依曼架构加速器存在的功耗墙和存储墙问题。同时通过复用存内计算核心的SRAM存储功能提出了一种基于查找表实现的缓存电路,用于替代寄存器延迟链电路。SRAM存内计算核心和SRAM缓存电路均采用定制单元实现。在系统层面,基于以上2种定制电路设计了一种低功耗关键词唤醒系统。该系统采用ASIC与定制化电路设计流程设计,并使用28 nm CMOS工艺库对该设计进行了ASIC综合,在250 kHz下,关键词唤醒系统运行10分类任务的延迟是64 ms,整体功耗为645.28μW,其中MFCC流水线的动态功耗占总动态功耗的5.9%,总功耗仅占系统功耗的1.3%。
关键词
关键词唤醒
三值量化神经网络
存内计算
串行快速傅里叶变换
软硬件协同设计
Keywords
keyword spotting
ternary quantized neural network
computing-in-memory
serial fast Fourier transform(FFT)
software-hardware co-design
分类号
TP391.41 [自动化与计算机技术—计算机应用技术]
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职称材料
题名
面向商业航天卫星成本效益的三模冗余软错误防护技术:近似计算的实践
被引量：
3
2
作者
李炎
胡岳鸣
曾晓洋
机构
复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室
出处
《电子与信息学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第5期1604-1612,共9页
基金
国家自然科学基金(62204045)
上海市浦江人才计划(22PJD005)。
文摘
三模冗余(TMR)作为如今集成电路可靠性领域中最为常用且有效的软错误加固技术,在满足高容错要求之时,不可避免地牺牲了庞大的硬件损耗。为实现面积、功耗等硬件性能和容错电路加固能力的折中考虑,适应低成本高可靠性加固的时代需求,针对基于近似计算的三模冗余加固技术(ATMR)进行研究,该文提出一种基于近似门单元(ApxLib)的动态调整多目标优化框架(ApxLib+DAMOO)。首先,其基本优化框架采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)实现,通过极性分析与预创建的近似库对电路实现快速近似。随后,该框架提出动态概率调整和极性扩张两种创新机制,根据可测性分析对遗传算法中门单元的突变概率进行动态更新,对双向门单元进行定向识别和重构,以实现寻优效率和寻优效果的双重优化。实验结果表明,该文提出的优化框架与传统NSGA-Ⅱ相比,在相同硬件损耗下可实现最大10%~20%的额外软错误率(SER)降低,且其执行时间平均降低18.7%。
关键词
容软错误加固
三模冗余
近似计算
多目标优化
Keywords
Soft error tolerance
Triple modular redundancy
Approximate computing
Multi-objective optimization
分类号
TN492 [电子电信—微电子学与固体电子学]
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职称材料
题名
基于广义可扩展RPCA滤波的超快超声脑血流与功能成像方法研究
3
作者
吴浩田
闫少渊
许凯亮
他得安
机构
复旦大学
生物医学工程系
复旦大学
脑科学前沿科学中心
复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室
上海波达医疗科技有限公司
出处
《仪器仪表学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第6期188-197,共10页
基金
国家重点研发计划(2023YFC2410900)
上海市国际科技合作项目(23490713500)资助。
文摘
开发高分辨和高灵敏度的小血管可视化技术,对相关组织病变的早期诊断和治疗监测具有重要的临床意义。不同于传统聚焦超声,超快超声多普勒(μDoppler)成像技术凭借数千帧的成像帧率,可检测到小血流的瞬时变化。组织杂波滤除和噪声抑制对于μDoppler的成像质量至关重要。常用的杂波滤除方法为奇异值分解(SVD)方法,该方法利用信号时空相干性差异可快速实现组织杂波和血流信号分离,然而无法有效抑制噪声。本研究创新性提出了一种基于广义可扩展的鲁棒主成分分析(GSRPCA)的杂波滤除方法,使用Schatten p范数和lq范数来加强鲁棒主成分分析(RPCA)模型的低秩约束和稀疏约束,增强了小血流信号的提取能力。大鼠脑血流成像结果表明,GSRPCA能够提升功率多普勒成像中血管的成像质量,相较SVD提高信噪比约20 dB,且提高对比噪声比约10 dB。大鼠超声脑功能成像结果表明,GSRPCA能够提升小血管血容量动态检测的灵敏度。相关方法对超快超声成像杂波滤除的研究具有一定借鉴意义。
关键词
超快超声
杂波滤除
广义可扩展RPCA
脑血流
功能成像
Keywords
ultrafast ultrasound
clutter filtering
generalized scalable RPCA(GSRPCA)
brain blood vessels
functional imaging
分类号
TH89 [机械工程—精密仪器及机械]
R445.1 [医药卫生—影像医学与核医学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于SRAM缓存和存内计算的低功耗关键词唤醒系统
黄至锐
贾心茹
朱浩哲
陈迟晓
《计算机工程与科学》
CSCD
北大核心
2024
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
面向商业航天卫星成本效益的三模冗余软错误防护技术:近似计算的实践
李炎
胡岳鸣
曾晓洋
《电子与信息学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
3
在线阅读
下载PDF
职称材料
3
基于广义可扩展RPCA滤波的超快超声脑血流与功能成像方法研究
吴浩田
闫少渊
许凯亮
他得安
《仪器仪表学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
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