Machine Learning (ML) has recently been a skyrocketing field in Computer Science. As computer hardware engineers, we are enthusiastic about hardware implementations of popular software ML architectures to optimize their performance, reliability, and resource usage. In this project, we designed a highly-configurable, real-time device for recognizing handwritten letters and digits using an Altera DE1 FPGA Kit. We followed various engineering standards, including IEEE-754 32-bit Floating-Point Standard, Video Graphics Array (VGA) display protocol, Universal Asynchronous Receiver-Transmitter (UART) protocol, and Inter-Integrated Circuit (I2C) protocols to achieve the project goals. These significantly improved our design in compatibility, reusability, and simplicity in verifications. Following these standards, we designed a 32-bit floating-point (FP) instruction set architecture (ISA). We developed a 5-stage RISC processor in System Verilog to manage image processing, matrix multiplications, ML classifications, and user interfaces. Three different ML architectures were implemented and evaluated on our design: Linear Classification (LC), a 784-64-10 fully connected neural network (NN), and a LeNet-like Convolutional Neural Network (CNN) with ReLU activation layers and 36 classes (10 for the digits and 26 for the case-insensitive letters). The training processes were done in Python scripts, and the resulting kernels and weights were stored in hex files and loaded into the FPGA's SRAM units. Convolution, pooling, data management, and various other ML features were guided by firmware in our custom assembly language. This paper documents the high-level design block diagrams, interfaces between each System Verilog module, implementation details of our software and firmware components, and further discussions on potential impacts.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员