Ultra-small sparse matrix serial computation mechanism with memory transpose
| Project/Area Number |
22K19775
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 60:Information science, computer engineering, and related fields
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
中島 康彦 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (00314170)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
ZHANG Renyuan 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (00709131)
KAN YIRONG 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (50963732)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
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| Keywords | 再構成可能アーキテクチャ / ニューラルネットワーク / 確率的計算 / シリアル演算機構 / 離散行列 / 超小型 |
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| Outline of Research at the Start |
最先端AIを含む次世代アプリケーションには、小型近似演算器に加え、キャッシュメモリ
が効かない離散データを効率よく扱うアーキテクチャが必須である。本研究の目的は、安定性と拡張性に優れたデジタル回路を利用しつつ、１つのビットラインに１組のデータを記憶させる手法を軸に、アドレス情報を付加した離散行列間の近似演算を高効率に実行する最適アーキテクチャを探索し、キャッシュメモリに依存しない主記憶転置型・超小型離散行列シリアル演算機構を実現することである。多数のシリアルデータを最適に読み出すスケジューラは、他の近似計算を支えるメモリシステムとしても利用価値が高い。超伝導回路との融合についても研究を進める。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度計画であった「主記憶構造自体は改変せずに、一般的な確率的再構成可能デジタルアクセラレータ Multi-grained Reconfigurable Array（MGRA）別名DiaNet4を従来型メモリに接続することで、同等機能の実現を目指す。離散行列を圧縮した入力データをDiaNet4の各PEに流し込み、重みにも相当する被乗数は各PEのレジスタに保存し、2分木構造で大規模積和演算を行う方式に変更した。以上の計画に基づき、ハードウェアモデル開発＋評価を行う。アプリケーションには、MRI点群処理システム（uNET）を選択する。」に対し、次の研究成果を上げることができた。まず、時空間再構成機能を備えた超小型計算ユニットを開発した。新しいバイセクション・ニューラルネットワーク (BNN) トポロジに基づき、論理PEアレイが、ハードウェア上の物理計算ユニットに柔軟に分割写像される仕組みを考案した。論理PEアレイの形状や位置を調整することにより、機能に関する「空間的再構成能力」を実証した。 一方、BNNトポロジの利点を活用するために、物理計算ユニットに対して確率的コンピューティング (SC) ロジックを統合した。精度に関する「時間的再構成能力」は、SC ビットストリームの長さを調整することにより実現できた。以上の構成により、提案手法が、エネルギー効率の尺度において、他の最先端近似計算ユニットよりも優れていることを示した。
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
