机器学习芯片系统的弹性能效技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61574040
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0402.集成电路设计
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Aiming at nano-scale IC, this project intends to study the design methodology with resiliency for energy efficiency that can reduce the gap between the performance requirement of complicated applications and the energy constraint of embedded platform. Machine learning algorithms are exactly heavy computation tasks, however they have the resiliency in their structures and results and thus can be more fault-tolerant under ultra-low voltage supply. In fact, to develop the optimal design of the machine learning processor, the whole design space should be explored for the resiliency with respect to energy efficiency. Therefore it is necessary to investigate how to make joint analysis for reliability and energy efficiency from the perspectives of circuit, architecture, and algorithm. To carry out this project, we will firstly study several fundamental theoretical problems, such as the mathematical model of machine learning algorithm, the parallel architecture, and the adaptive signal processing methods. Secondly we will work on the modeling about fault probability and energy efficiency in all three levels, from circuit to algorithm. Thirdly we plan to develop a design flow that enables joint analysis for reliability and energy efficiency as well as the cooperative optimization cross different design phases. Finally we will establish a prototype of machine learning processor so that the proposed design methodology can be verified and improved.
本项目着眼于解决复杂应用与嵌入式平台之间关于能效需求的矛盾与挑战,致力于探索纳米尺度集成电路的弹性能效设计方法学。机器学习算法是数据驱动的复杂计算任务,但此类算法的结构与运算结果却存在着较大的弛豫范围。这一特点使其在实现中对底层电路的故障具有较好的容忍度,可在更低的电源电压下工作。因此本项目致力于研究在电压频率过度缩放的条件下如何对可靠性与能效进行联合分析,从而利用电路、架构、算法等层次的弹性度来优化设计,实现片上机器学习系统的能效最佳化。以此为出发点,本项目首先将开展各项基础理论研究,如机器学习算法分析、并行架构变换方法、自适应信号处理等;第二将开展电路、架构、算法级的故障与能效模型研究,建立仿真实验平台;第三将开展跨层次的协同设计方法与流程研究,实现能效与可靠性的联合优化;最后通过建立机器学习的原型系统,对弹性能效设计技术进行验证和完善。

结项摘要

基于人工智能的物联网技术(AIoT)是未来实现社会经济变革和传统产业升级的重要驱动力,而要支撑这一领域的技术发展,如何突破能效瓶颈,实现片上机器学习是亟待解决的科学问题。本项目旨在从算法、架构和电路等层次入手探索机器学习芯片能效优化的弹性裕度,从而构建跨层次协同优化设计的方法和流程。本项目研究了电压过缩放下机器学习芯片的故障噪声容纳机制,提出了一种基于加权均值双边预测的自学习技术,通过提升容错能力充分开发能效裕度,使得心电处理电路的工作电压可低至0.41V,最高能效达到2.28pJ/cycle。研究了基于自适应滤波的心电信号运动伪影噪声消除方法,以低复杂度的电路结构实现对环境噪声的自适应能力,从而提出了相应的高能效R波检测电路设计。开展了片上机器学习系统的硬件架构优化设计研究,提出了高能效、低成本的脑电信号机器学习处理器的设计方案,实现了树深度和个数可伸缩的 Adaboost 分类器结构。围绕能效优化目标研究了算法、架构和电路多层次协同设计方法,并基于相应设计方法完成了一款面向人体姿态识别应用的机器学习处理器芯片的原型设计与验证,其能效水平领先于国际同类研究工作。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(13)
专利数量(8)
The energy-efficient implementation of an adaptive-filtering-based QRS complex detection method for wearable devices
基于自适应滤波的QRS复合波检测方法的节能实现可穿戴设备
  • DOI:
    10.1088/1674-4926/38/10/105003
  • 发表时间:
    2017-10
  • 期刊:
    Journal of Semiconductor
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Shudong Tian;Jun Han;Jianwei Yang;Xiaoyang Zeng
  • 通讯作者:
    Xiaoyang Zeng
A Real-Time and Hardware-Efficient Processor for Skeleton-Based Action Recognition With Lightweight Convolutional Neural Network
使用轻量级卷积神经网络进行基于骨架的动作识别的实时且硬件高效的处理器
  • DOI:
    10.1109/tcsii.2019.2899829
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Bingyi Zhang;Jun Han;Zhize Huang;Jianwei Yang;Xiaoyang Zeng
  • 通讯作者:
    Xiaoyang Zeng

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其他文献

特厚煤层不同开采阶段“弱-弱”结构覆岩破坏高度研究
  • DOI:
    10.13637/j.issn.1009-6094.2015.06.009
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    安全与环境学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩军;崔铁军;杨发武;盛继权
  • 通讯作者:
    盛继权
基于IRES序列的多基因共表达载体构建
  • DOI:
    10.13523/j.cb.20170716
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国生物工程杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田聪慧;谢雪梅;李英;尹晓东;韩军;李军
  • 通讯作者:
    李军
一种基于块运动类型和方向预测相结合的快速搜索算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    计算机工程与科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈天壮;梁久祯;韩军
  • 通讯作者:
    韩军
考虑时频非平稳以及局部场地因素的多点地震动仿真方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    地震工程与工程振动
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李英民;吴哲骞;董银峰;韩军
  • 通讯作者:
    韩军
多通道工业设备远程数据采集系统
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    自动化仪表
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王显海;王腾;韩军;罗锦宏;钱弼违
  • 通讯作者:
    钱弼违

其他文献

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韩军的其他基金

癌性恶病质脂肪组织中巨噬细胞促进脂肪丢失的功能和机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
    面上项目
自感知自组织异构众核智能芯片的互连与存储技术研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    301 万元
  • 项目类别:
    重点项目
LncRNA-MALAT1调控剪接蛋白SRSF1在炎症诱导的癌症恶病质脂肪丢失中的作用及机制研究
  • 批准号:
    81803091
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
密码算法的并行化处理与多核系统的安全防护研究
  • 批准号:
    61176023
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于微处理器硬件结构的敏感信息保护技术研究
  • 批准号:
    60776028
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    34.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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