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[en] (orig)
Kongurierbare
Hardwareb eshleuniger für
selbst-organisierende Karten
Zur Erlangung des akademishen Grades
DOKTOR-INGENIEUR (Dr.-Ing.)
der Fakultät für Elektrotehnik, Informatik und Mathematik,
Institut für Elektrotehnik und Informationstehnik
der Universität Paderb orn
von
Dipl.-Ing. Christopher Pohl
aus Verl
Referent: Prof. Dr.-Ing. Ulrih Rükert
Koreferentin: Prof. Dr. Erzséb et Merényi
Paderb orn, den 26. April 2010
Tag der mündlihen Prüfung: 6. Dezemb er 2010
Diss. EIM-E/269
Für Anne, Mathis und Line, und alle, die ih jetzt no h niht sehen kann.
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Energie mit skalierter Versorgungsspannung [Ws]
Energie [Ws]
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Prozessorfeld neuronen- und komponentenparallel
Daten + Adressen
Steuersignale
Ergebnisse
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min
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Anzahl Neuronen
Gesamtlatenz [s]
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18
18.5
19
Anzahl Prozessorelemente
Flächenbedarf [mm²]
Neuro.−Par., Bitseriell
Neuro.−Par., Baumsuche
Komp.−Par., Baumsuche
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18
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22
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Anzahl Komponenten
Anzahl Neuronen
Flächenbedarf [mm²]
Flächenbedarf [mm²]
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15
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103
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Leistungsaufnahme [W]
Fläche [mm2]
Latenz [s]
Mögliche Implementierungen
Pareto optimale Implementierungen, Neuro.−Par., Baumsuche
Pareto optimale Implementierungen, Komp.−Par., Baumsuche
Pareto optimale Implementierungen, Neuro.−Komp.−Par., Baumsuche
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PE neuronenparallel
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Pareto optimale Implementierungen, Neuro.−Par., Baumsuche
Pareto optimale Implementierungen, Komp.−Par., Baumsuche
Pareto optimale Implementierungen, Neuro.−Komp.−Par., Baumsuche
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Neuro.−Par., Baumsuche
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Anzahl Komponenten
Anzahl Neuronen
Ressourceneffizienz
Ressourceneffizienz
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Anzahl Prozessorelemente
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Neuro.−Par., Bitseriell
Neuro.−Par., Baumsuche
Komp.−Par., Baumsuche
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0.6
0.8
Anzahl Komponenten
Anzahl Neuronen
Ressourceneffizienz mit skalierter Versorgungsspannung
Ressourceneffizienz mit skalierter Versorgungsspannung
REmax = 0.74889, 2N, 49K
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0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Radius Adaptionsfunktion
Adaptierte Ebenen, normiert auf Gesamtzahl Ebenen
2 x 2 Ebenen
4 x 4 Ebenen
6 x 6 Ebenen
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"
Ausgänge berechnen
diskrete Zustände
berechnen
Ableitungen berechnen
Simulationsschleife
Modell Initialisieren
Ausgänge berechnen
Ableitungen berechnen
Nulldurchgänge prüfen
Integration (minor time step)
Simulation beenden
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Modell Initialisieren
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mdlInitializeSizes()
mdlInitializeSampleTimes()
mdlStart()
Ausgänge berechnen
mdlOutputs()
Zustände berechnen
mdlUpdate()
Simulation beenden
mdlTerminate()
Simulationsschleife
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DUT-Ausgänge lesen
und an den Simulink-
Block propagieren
mdlOutputs()
Simulink-Block-Eingänge
lesen und an das DUT
propagieren
mdlUpdate()
Simulation beenden
mdlTerminate()
Simulationsschleife
Hardware Initialisieren
Bitstream runterladen
Synchronizer parametrieren
DUT initialisieren
Synchronizer starten
mdlUpdate()
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CLK
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externes
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
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100
150
Anzahl 32 Bit Datenworte
Round−Trip−Frequenz [KHz]
DMA SGL−Transfer
DMA Blocktransfer
PIO
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FiFo
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FiFo
we
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Timer
+1
Parameter 3
Parameter 2
Parameter 1
DUT
AD
A
D
Aktoren
Sensoren
Regel-
strecke
Eingang 1
Eingang 2
Ausgang 1
Ausgang 2
Echtzeit-
Abtastung
Event
Manager
Parametrierung
Aufnahme
RAPTOR2000
Schnittstelle zum PC
Graphical User Interface
Präzisions-
Abtastung
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FiFo
we
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FiFo
we
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FiFo
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Port 2 FiFo
SDRAM in FiFo
FiFo
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Port 1 FiFo
Port 0 FiFo
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Ansteuerung für externen Speicher
Globale Steuerung
Daten
Ergebnisse
Round-
Robin
Arbiter
SDRAM-
Schnittstelle
SDRAM
256 MB /
64Bit
Broadcast Bus-Schnittstelle zu den Prozessorfeldern
Local Bus-Schnittstelle zur SOM-Benutzeranwendung
size x
size y
layers x
layers y
vector dim .
num vec.
measure
Adaptionsw.
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Anzahl Komponenten
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Messung Brutto (mit FPGA Konfiguration)
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Komponenten
Energie [Ws]
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Jahre
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FPGA
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abalone, w krit=11
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abalone, wkr it =11
breast cancer, wkr it =9
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