Реконфигурабилне архитектуре за хардверску акцелерацију предиктивних модела машинског учења

Abstract

У овој дисертацији представљене су универзалне реконфигурабилне архитектуре грубог степена гранулације за хардверску имплементацију DT (decision trees), ANN (artificial neural networks) и SVM (support vector machines) предиктивних модела као и хомогених и хетерогених ансамбала. Коришћењем ових архитектура реализоване су две врсте DT модела, две врсте ANN модела, две врсте SVM модела и седам врста ансамбала на FPGA (field programmable gate arrays) чипу. Експерименти, засновани на скуповима из стандардне UCI базе скупова за машинско учење, показују да FPGA имплементација омогућава значајно убрзање (од 1 до 6 редова величине) просечног времена потребног за предикцију, у поређењу са софтверским решењима.

U ovoj disertaciji predstavljene su univerzalne rekonfigurabilne arhitekture grubog stepena granulacije za hardversku implementaciju DT (decision trees), ANN (artificial neural networks) i SVM (support vector machines) prediktivnih modela kao i homogenih i heterogenih ansambala. Korišćenjem ovih arhitektura realizovane su dve vrste DT modela, dve vrste ANN modela, dve vrste SVM modela i sedam vrsta ansambala na FPGA (field programmable gate arrays) čipu. Eksperimenti, zasnovani na skupovima iz standardne UCI baze skupova za mašinsko učenje, pokazuju da FPGA implementacija omogućava značajno ubrzanje (od 1 do 6 redova veličine) prosečnog vremena potrebnog za predikciju, u poređenju sa softverskim rešenjima.

This thesis proposes universal coarse-grained reconfigurable computing architectures for hardware implementation of decision trees (DTs), artificial neural networks (ANNs), support vector machines (SVMs), and homogeneous and heterogeneous ensemble classifiers (HHESs). Using these universal architectures, two versions of DTs, two versions of SVMs, two versions of ANNs, and seven versions of HHESs machine learning classifiers, have been implemented in field programmable gate arrays (FPGA). Experimental results, based on datasets of standard UCI machine learning repository database, show that FPGA implementation provides significant improvement (1–6 orders of magnitude) in the average instance classification time, in comparison with software implementations.