КОМПОНЕНТИ АПАРАТНИХ НЕЙРОННИХ МЕРЕЖ УЗГОДЖЕНОГО ПАРАЛЕЛЬНО-ВЕРТИКАЛЬНОГО ОБРОБЛЕННЯ ДАНИХ У РЕАЛЬНОМУ ЧАСІ

https://doi.org/10.23939/ujit2021.03.063
Надіслано: Квітень 09, 2021
Прийнято: Червень 01, 2021

Ци­ту­ван­ня за ДСТУ: Цмоць І. Г., Лу­ка­щук Ю. А., Іг­натєв І. В., Ка­зи­ми­ра І. Я. Ком­по­нен­ти апа­рат­них нейрон­них ме­реж уз­годже­но­го па­ра­лель­но-вер­ти­каль­но­го об­роблен­ня да­них у ре­аль­но­му ча­сі. Ук­ра­їнсь­кий жур­нал ін­форма­ційних тех­но­ло­гій. 2021, т. 3, № 1. С. 63–72.

Ci­ta­ti­on APA: Tsmots, I. H., Lu­kashchuk, Yu. A., Ih­natyev, I. V., & Kazymyra, I. Ya. (2021). Com­po­nents of hardwa­re neu­ral net­works for co­or­di­na­ted pa­ral­lel-ver­ti­cal da­ta pro­ces­sing in re­al ti­me. Uk­ra­ini­an Jo­ur­nal of In­forma­ti­on Techno­logy, 3(1), 63–72. https://doi.org/10.23939/ujit2021.03.063

1
Національний університет "Львівська політехніка", м. Львів, Україна
2
Національний університет "Львівська політехніка", м. Львів, Україна
3
Західноукраїнський національний університет, м. Тернопіль, Україна
4
Національний університет "Львівська політехніка", м. Львів, Україна

Сфор­мо­ва­но опе­ра­ційний ба­зис нейрон­них ме­реж і виб­ра­но для апа­рат­ної ре­алі­за­ції та­кі опе­ра­ції: по­шу­ку мак­си­маль­но­го і мі­ні­маль­но­го зна­чень, об­числен­ням су­ми квад­ра­тів різ­ниць і ска­ляр­но­го до­бут­ку. Виз­на­че­но ви­мо­ги до апа­рат­них ком­по­нен­тів нейрон­них ме­реж з уз­годже­ною вер­ти­каль­но-па­ра­лель­ним об­роблен­ням да­них, ос­новни­ми з яких є за­без­пе­чен­ня: ви­со­кої ефек­тивнос­ті ви­ко­рис­тання об­ладнан­ня, адап­та­ції до ви­мог кон­крет­них зас­то­су­вань, уз­годжен­ня ін­тенсив­ності над­ходжен­ня вхід­них да­них з ін­тенсив­ністю об­числень у апа­рат­ній ком­по­нен­ті, ро­бо­ту у ре­аль­но­му ча­сі, струк­турної орієнта­ції на НВІС-ре­алі­за­цію, ма­ло­го ча­су роз­робки та не­ви­со­кої вар­тості. По­ка­за­но, що ос­новни­ми шля­ха­ми уп­равлін­ня ін­тенсив­ністю об­числень у апа­рат­них ком­по­нен­тах є ви­бір кіль­кос­ті та роз­ряднос­ті трак­тів оп­ра­цю­ван­ня да­них, змі­на три­ва­лос­ті так­ту ро­бо­ти шля­хом ви­бо­ру еле­мен­тної ба­зи та склад­ності опе­ра­цій, які реа­лі­зу­ють­ся схо­дин­ка­ми кон­веєра. Зап­ро­по­но­ва­но для ре­алі­за­ції апа­рат­них ком­по­нент нейрон­них ме­реж з уз­годже­ною вер­ти­каль­но-па­ра­лель­ним об­роблен­ням уп­равлін­ня ви­ко­рис­то­ву­ва­ти па­ра­лель­ні вер­ти­каль­но-гру­по­ві ме­то­ди оп­ра­цю­ван­ня да­них, які за­без­пе­чу­ють уп­равлін­ня ін­тенсив­ністю об­числень, змен­шення апа­рат­них зат­рат і НВІС ре­алі­за­цію. Роз­робле­но па­ра­лель­ний вер­ти­каль­но-гру­по­вий ме­тод об­числен­ня мак­си­маль­них і мі­ні­маль­них чи­сел у ма­си­вах, який за ра­ху­нок па­ра­лель­но­го оп­ра­цю­ван­ня зрі­зу з гру­пи роз­ря­дів всіх чи­сел за­без­пе­чує змен­шення ча­су об­числен­ня. Роз­робле­но па­ра­лель­ний вер­ти­каль­но-гру­по­вий ме­тод і струк­ту­ру ком­по­нен­ти об­числен­ня су­ми квад­ра­тів різ­ниць, яка за ра­ху­нок роз­па­ра­ле­лен­ня та ви­бо­ру кіль­кос­ті схо­ди­нок кон­веєра за­без­пе­чує уз­годжен­ня ін­тенсив­ності над­ходжен­ня вхід­них да­них з ін­тенсив­ністю об­числень, ре­жим ре­аль­но­го ча­су та ви­со­ку ефек­тивність ви­ко­рис­тання об­ладнан­ня. Роз­робле­но па­ра­лель­ний вер­ти­каль­но-гру­по­вий ме­тод та струк­ту­ру ком­по­нен­ти об­числен­ня ска­ляр­но­го до­бут­ку, яка по­рів­ня­но з ві­до­ми­ми за ра­ху­нок ви­бо­ру роз­ряднос­ті трак­тів об­роблен­ня та кіль­кос­ті схо­ди­нок кон­веєра за­без­пе­чує уз­годжен­ня ін­тенсив­ності над­ходжен­ня вхід­них да­них з ін­тенсив­ністю об­числень, ре­жим ре­аль­но­го ча­су та ви­со­ку ефек­тивність ви­ко­рис­тання об­ладнан­ня. По­ка­за­но, що ви­ко­рис­тання роз­робле­них ком­по­нен­тів для син­те­зу нейрон­них ме­реж з уз­годже­ною вер­ти­каль­но-па­ра­лель­ним об­роблен­ням да­них у ре­аль­но­му ча­сі за­без­пе­чить змен­шення ча­су і вар­тості їх ре­алі­за­ції.

[1]     Ha­ikin, S. (2016). Neu­ral net­works: full co­ur­se, (2nd ed. add. and re­vi­sed). (Trans. from English). Mos­cow: Wil­li­ams, 1104 p.

[2]     Mo­iseychen­ko, V. S. (2017). Hardwa­re imple­men­ta­ti­on of ar­ti­fi­ci­al neu­ral net­works. Part 1. Yo­ung sci­en­tist, 12(146), 69–72.

[3]     Pa­la­gin, A. V., Bo­yun, V. P., & Ya­kov­lev, Yu. S. (2017). Prob­lems of cre­ating com­pu­ter systems using a na­no­ele­ment ba­se. Control systems and mac­hi­nes, 5, 3–15. https://doi.org/10.15407/usim.2017.05.003

[4]     Pe­leshchak, Ro­man, Lytvyn, Vasyl, Pe­leshchak, Ivan, & Vysotska, Vic­to­ria. (2020). De­ve­lop­ment of an ar­ti­fi­ci­al neu­ral net­work with os­cilla­tory neu­rons for spectral pat­tern re­cog­ni­ti­on. Bul­le­tin of the Na­ti­onal Uni­ver­sity "Lviv Polytechnic" "In­forma­ti­on Systems and Net­works", 7, 16–23. https://doi.org/10.23939/sisn2020.07.016

[5]     Pet­rushen­ko, A. M. (2020). The prin­ciple of firmwa­re control and au­to­ma­ti­on of de­sign of ope­ra­ting de­vi­ces. II. Control Systems and Com­pu­ters, 2, 3–11. https://doi.org/10.15407/csc.2020.02.003

[6]     Rashke­vich, Yu. M., Tkac­henko, R. O., Dra­gon, I. G, & Pe­leshko, D. D. (2014). Neu­ro-li­ke met­hods, al­go­rithms and struc­tu­res of sig­nal and ima­ge pro­ces­sing in re­al ti­me: mo­nog­raph. Lviv: Lviv Polytechnic Pub­lishing Hou­se, 256.

[7]     Tsmots, I. G, Sko­rok­ho­da, O. V., & Me­di­kovsky, M. O. (2019). De­vi­ce for cal­cu­la­ting the sca­lar pro­duct. Pa­tent of Uk­ra­ine for the in­venti­on № 118596, 11.02.2019, Bull. № 3.

[8]     Tsmots, I. G, Teslyuk, V. M, Teslyuk, T. V, Me­di­kovsky, M. O., & Tsymbal, Y. V. (2019). De­vi­ce for cal­cu­la­ting the sums of pa­ired pro­ducts. Pa­tent of Uk­ra­ine № 120210, 25.10.2019, blvd. № 20/2019.

[9]     Tsmots, I. H., Lu­kashchuk, Yu. A., Kha­val­ko, V. M., & Ra­byk, V. H. (2019). Mo­dels of neu­ral ele­ments of pa­ral­lel-pa­ral­lel type. Mo­de­ling and In­forma­ti­on Techno­lo­gi­es, 86, 119–126.

[10]  Tsmots, I., Rabyk, V., Sko­rok­ho­da, O., & Teslyuk, T. (2019). Neu­ral ele­ment of pa­ral­lel-stre­am type with pre­li­mi­nary for­ma­ti­on of gro­up par­ti­al pro­ducts. Electro­nics and in­forma­ti­on techno­lo­gi­es (ELIT-2019): pro­ce­edings of the XIth In­terna­ti­onal sci­en­ti­fic and prac­ti­cal con­fe­ren­ce, 16–18 Sep­tember, Lviv, Uk­ra­ine, 154–158. https://doi.org/10.1109/ELIT.2019.8892334

[11]  Tsmots, Ivan, Sko­rok­ho­da, Olek­sa, Ig­natyev, Ihor, & Rabyk, Vasyl. (2017). Ba­sic Ver­ti­cal-Pa­ral­lel Re­al Ti­me Neu­ral Net­work Com­po­nents. Pro­ce­edings of XI­Ith In­terna­ti­onal Sci­en­ti­fic and Techni­cal Con­fe­ren­ce CSIT 2017, 5–8 Sep­tember 2017. Lviv, Uk­ra­ine, 344–347. https://doi.org/10.1109/STC-CSIT.2017.8098801

[12]  Tsmots, Ivan, Teslyuk, Vasyl, Teslyuk, Ta­ras, & Ih­natyev, Ihor. (2018). Ba­sic Com­po­nents of Neu­ro­net­works with Pa­ral­lel Ver­ti­cal Gro­up Da­ta Re­al-Ti­me Pro­ces­sing. Ad­vances in In­telli­gent Systems and Com­pu­ting II, Ad­vances in In­telli­gent Systems and Com­pu­ting, 689. Sprin­ger In­terna­ti­onal Pub­lishing AG, 558–576. https://doi.org/10.1007/978-3-319-70581-1_39

[13]  Ya­kov­lev, Yu. S. (2016). Abo­ut an es­ti­ma­ti­on of ef­fi­ci­ency of appli­ca­ti­on of FPGA as a part of PIM-systems. Control systems and mac­hi­nes, 1, 56–61. https://doi.org/10.15407/usim.2016.01.056

[14]  Zhang, C., Li, P., Sun, G., Gu­an, Y., Xiao, B., & Cong, Zhang, J. (2015). Op­ti­mi­zing FPGA-ba­sed ac­ce­le­ra­tor de­sign for de­ep con­vo­lu­ti­onal neu­ral net­works. Pro­ce­edings of the 2015 ACM/SIG­DA In­terna­ti­onal Sympo­si­um on Fi­eldProg­rammab­le Ga­te Ar­rays. ACM, 161–170. https://doi.org/10.1145/2684746.2689060

Zo­ev, Y. V., Be­res­nev, A. P., Mar­kov, N. H., & Malchu­kov, A. N. (2017). FPGA-ba­sed de­vi­ce for handwri­ting di­git re­cog­ni­ti­on in ima­ges. Com­pu­ter Op­tics, 41(6), 938–949. https://doi.org/10.18287/2412-6179-2017-41-6-938-949