Науковий вісник НЛТУ України (Sep 2024)
Синтез нейрокомп'ютерних систем з узгоджено-паралельним обробленням інтенсивних потоків даних у реальному часі
Abstract
Розглянуто особливості синтезу нейрокомп'ютерних систем з узгоджено-паралельним обробленням інтенсивних потоків даних у реальному часі, що дало змогу отримати модульну та регулярну структуру, орієнтовану на реалізацію на сучасній елементній базі з високою ефективністю використання обладнання. Визначено, що початковою інформацією для синтезу нейрокомп'ютерних систем з узгоджено-паралельним обробленням даних у реальному часі є: структура нейромережі; графове відображення нейромережі; алгоритми навчання та функціонування нейромережі; кількість вхідних даних; інтенсивність надходження вхідних даних і вагових коефіцієнтів; вимоги до інтерфейсу; розрядність вхідних даних, вагових коефіцієнтів і точність обчислень; техніко-експлуатаційні вимоги та обмеження. Розроблено метод синтезу нейрокомп'ютерних систем реального часу з узгоджено-паралельним обробленням даних, визначено, що основними етапами такого методу є: оцінювання обчислювальних і структурних характеристик нейромережі та вибір складності функціональних операторів для відображення її структури; просторово-часове відображення структури нейромережі у вигляді конкретизованого узгодженого потокового графу; визначення базових компонент для синтезу нейрокомп'ютерних систем реального часу з узгоджено-паралельним обробленням даних; визначення основних характеристик базових компонент; розроблення базових компонент; розроблення зовнішнього інтерфейсу та інтерфейсу систем обміну між шарами нейромережі; розроблення алгоритмів і засобів управління обчислювальним процесом; перехід від конкретизованого узгодженого потокового графу нейромережі до його апаратної реалізації. Розглянуто реалізацію кожного із етапів синтезу нейрокомп'ютерних систем реального часу. Розроблено дві структури нейроелементів паралельно-потокового типу: з обчисленням макрочасткового добутку для k розрядів і отриманням макрочасткового добутку шляхом зчитування з таблиці. Вибрано для обміну між шарами нейромережі багатоканальний пристрій обміну даними на базі багатопортової пом'яті. Запропоновано для узгодження тривалості введення даних з тривалістю конвеєрного такту використовувати послідовно-паралельні перетворювачі. Використано для переходу від конкретизованого потокового графу до апаратної реалізації метод адекватного апаратного його відображення. Показано, що узгодження інтенсивності надходження даних з інтенсивністю опрацювання та використання проблемно-орієнтованого підходу забезпечує реалізацію нейрокомп'ютерних систем реального часу з високою ефективністю використання обладнання та високими техніко-експлуатаційними характеристиками.
Keywords
