基于FPGA的浮点可分离卷积神经网络加速方法

作者：张志超; 王剑; 章隆兵; 肖俊华

来源：高技术通讯, 2022, 32(05): 441-453.

DOI：10.3772/j.issn.1002-0470.2022.05.001

• 深度可分离卷积
• 现场可编程门阵列(FPGA)
• 数据流调度
• 加速
• 图像分类

针对可分离卷积神经网络在星载飞机目标型号分类应用中存在的速度瓶颈以及功耗限制等问题,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)数据流调度的浮点深度分离卷积神经网络加速方法,对通用MobileNet的图像分类模型进行加速。采用基于乘法矩阵与前向加法树的深度分离卷积计算阵列设计,解决了深度分离卷积浮点加速的线速吞吐瓶颈。实验结果表明,基于FPGA的目标分类速度为633 FPS,功耗为22.226 W,运算性能为236.04 GFLOPS,计算速度达到了Titan Xp GPU的1.10～2.61倍,计算效能是Titan Xp GPU的7.44～18.66倍。在同类基于FPGA的浮点卷积加速方案中,该方法在运算性能及能效比上达到了最优。同时,该方法提供了与原模型一致性的图像分类准确率,解耦合了软硬件协同开发流程,降低了应用开发人员使用FPGA加速计算的门槛。

• 单位
  中国电子科技集团公司第十五研究所; 中国科学院大学; 中国科学院计算技术研究所; 计算机体系结构国家重点实验室