Contribuição para o estudo do embarque de uma rede neural artificial em field programmable gate array (FPGA)
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2010 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRN |
Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/15340 |
Resumo: | This study shows the implementation and the embedding of an Artificial Neural Network (ANN) in hardware, or in a programmable device, as a field programmable gate array (FPGA). This work allowed the exploration of different implementations, described in VHDL, of multilayer perceptrons ANN. Due to the parallelism inherent to ANNs, there are disadvantages in software implementations due to the sequential nature of the Von Neumann architectures. As an alternative to this problem, there is a hardware implementation that allows to exploit all the parallelism implicit in this model. Currently, there is an increase in use of FPGAs as a platform to implement neural networks in hardware, exploiting the high processing power, low cost, ease of programming and ability to reconfigure the circuit, allowing the network to adapt to different applications. Given this context, the aim is to develop arrays of neural networks in hardware, a flexible architecture, in which it is possible to add or remove neurons, and mainly, modify the network topology, in order to enable a modular network of fixed-point arithmetic in a FPGA. Five synthesis of VHDL descriptions were produced: two for the neuron with one or two entrances, and three different architectures of ANN. The descriptions of the used architectures became very modular, easily allowing the increase or decrease of the number of neurons. As a result, some complete neural networks were implemented in FPGA, in fixed-point arithmetic, with a high-capacity parallel processing |
id |
UFRN_3bc2a8d3c2cfdd5b33184b1fba0a0e02 |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/15340 |
network_acronym_str |
UFRN |
network_name_str |
Repositório Institucional da UFRN |
repository_id_str |
|
spelling |
Silva, Carlos Alberto de Albuquerquehttp://lattes.cnpq.br/7963808444142138http://lattes.cnpq.br/1987295209521433Oliveira, José Alberto Nicolau dehttp://lattes.cnpq.br/2871134011057075Melo, Jorge Dantas dehttp://lattes.cnpq.br/7325007451912598Lopes, Danniel CavalvanteDória Neto, Adrião Duarte2014-12-17T14:55:47Z2011-06-222014-12-17T14:55:47Z2010-06-30SILVA, Carlos Alberto de Albuquerque. Contribuição para o estudo do embarque de uma rede neural artificial em field programmable gate array (FPGA). 2010. 130 f. Dissertação (Mestrado em Automação e Sistemas; Engenharia de Computação; Telecomunicações) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2010.https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/15340This study shows the implementation and the embedding of an Artificial Neural Network (ANN) in hardware, or in a programmable device, as a field programmable gate array (FPGA). This work allowed the exploration of different implementations, described in VHDL, of multilayer perceptrons ANN. Due to the parallelism inherent to ANNs, there are disadvantages in software implementations due to the sequential nature of the Von Neumann architectures. As an alternative to this problem, there is a hardware implementation that allows to exploit all the parallelism implicit in this model. Currently, there is an increase in use of FPGAs as a platform to implement neural networks in hardware, exploiting the high processing power, low cost, ease of programming and ability to reconfigure the circuit, allowing the network to adapt to different applications. Given this context, the aim is to develop arrays of neural networks in hardware, a flexible architecture, in which it is possible to add or remove neurons, and mainly, modify the network topology, in order to enable a modular network of fixed-point arithmetic in a FPGA. Five synthesis of VHDL descriptions were produced: two for the neuron with one or two entrances, and three different architectures of ANN. The descriptions of the used architectures became very modular, easily allowing the increase or decrease of the number of neurons. As a result, some complete neural networks were implemented in FPGA, in fixed-point arithmetic, with a high-capacity parallel processingEste estudo consiste na implementação e no embarque de uma Rede Neural Artificial (RNA) em hardware, ou seja, em um dispositivo programável do tipo field programmable gate array (FPGA). O presente trabalho permitiu a exploração de diferentes implementações, descritas em VHDL, de RNA do tipo perceptrons de múltiplas camadas. Por causa do paralelismo inerente às RNAs, ocorrem desvantagens nas implementações em software, devido à natureza sequencial das arquiteturas de Von Neumann. Como alternativa a este problema, surge uma implementação em hardware que permite explorar todo o paralelismo implícito neste modelo. Atualmente, verifica-se um aumento no uso do FPGA como plataforma para implementar as Redes Neurais Artificiais em hardware, explorando o alto poder de processamento, o baixo custo, a facilidade de programação e capacidade de reconfiguração do circuito, permitindo que a rede se adapte a diferentes aplicações. Diante desse contexto, objetivou-se desenvolver arranjos de redes neurais em hardware, em uma arquitetura flexível, nas quais fosse possível acrescentar ou retirar neurônios e, principalmente, modificar a topologia da rede, de forma a viabilizar uma rede modular em aritmética de ponto fixo, em um FPGA. Produziram-se cinco sínteses de descrições em VHDL: duas para o neurônio com uma e duas entradas, e três para diferentes arquiteturas de RNA. As descrições das arquiteturas utilizadas tornaram-se bastante modulares, possibilitando facilmente aumentar ou diminuir o número de neurônios. Em decorrência disso, algumas redes neurais completas foram implementadas em FPGA, em aritmética de ponto fixo e com alta capacidade de processamento paraleloapplication/pdfporUniversidade Federal do Rio Grande do NortePrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFRNBRAutomação e Sistemas; Engenharia de Computação; TelecomunicaçõesComputação reconfigurávelRedes neurais artificiaisFPGAVHDLHardwareAritmética ponto fixoReconfigurable computingArtificial neural networkFPGAVHDLHardwareArithmetic fixed pointCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAContribuição para o estudo do embarque de uma rede neural artificial em field programmable gate array (FPGA)info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALCarlosAAS_DISSERT.pdfCarlosAAS_DISSERT.pdfapplication/pdf6378993https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/15340/1/CarlosAAS_DISSERT.pdf4390bd7c3b4ceb679bcc1796ba6ea896MD51TEXTCarlosAAS_DISSERT.pdf.txtCarlosAAS_DISSERT.pdf.txtExtracted texttext/plain155838https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/15340/6/CarlosAAS_DISSERT.pdf.txtd68a932af0e564c6f4ceb18526837229MD56THUMBNAILCarlosAAS_DISSERT.pdf.jpgCarlosAAS_DISSERT.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg2389https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/15340/7/CarlosAAS_DISSERT.pdf.jpgce1f1ac05b0a7e0d4d07948a647f0e8cMD57123456789/153402017-11-02 08:57:33.627oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/15340Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2017-11-02T11:57:33Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
dc.title.por.fl_str_mv |
Contribuição para o estudo do embarque de uma rede neural artificial em field programmable gate array (FPGA) |
title |
Contribuição para o estudo do embarque de uma rede neural artificial em field programmable gate array (FPGA) |
spellingShingle |
Contribuição para o estudo do embarque de uma rede neural artificial em field programmable gate array (FPGA) Silva, Carlos Alberto de Albuquerque Computação reconfigurável Redes neurais artificiais FPGA VHDL Hardware Aritmética ponto fixo Reconfigurable computing Artificial neural network FPGA VHDL Hardware Arithmetic fixed point CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
title_short |
Contribuição para o estudo do embarque de uma rede neural artificial em field programmable gate array (FPGA) |
title_full |
Contribuição para o estudo do embarque de uma rede neural artificial em field programmable gate array (FPGA) |
title_fullStr |
Contribuição para o estudo do embarque de uma rede neural artificial em field programmable gate array (FPGA) |
title_full_unstemmed |
Contribuição para o estudo do embarque de uma rede neural artificial em field programmable gate array (FPGA) |
title_sort |
Contribuição para o estudo do embarque de uma rede neural artificial em field programmable gate array (FPGA) |
author |
Silva, Carlos Alberto de Albuquerque |
author_facet |
Silva, Carlos Alberto de Albuquerque |
author_role |
author |
dc.contributor.authorID.por.fl_str_mv |
|
dc.contributor.authorLattes.por.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/7963808444142138 |
dc.contributor.advisorID.por.fl_str_mv |
|
dc.contributor.advisorLattes.por.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/1987295209521433 |
dc.contributor.advisor-co1ID.por.fl_str_mv |
|
dc.contributor.referees1.pt_BR.fl_str_mv |
Melo, Jorge Dantas de |
dc.contributor.referees1ID.por.fl_str_mv |
|
dc.contributor.referees1Lattes.por.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/7325007451912598 |
dc.contributor.referees2.pt_BR.fl_str_mv |
Lopes, Danniel Cavalvante |
dc.contributor.referees2ID.por.fl_str_mv |
|
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Silva, Carlos Alberto de Albuquerque |
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv |
Oliveira, José Alberto Nicolau de |
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/2871134011057075 |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Dória Neto, Adrião Duarte |
contributor_str_mv |
Oliveira, José Alberto Nicolau de Dória Neto, Adrião Duarte |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Computação reconfigurável Redes neurais artificiais FPGA VHDL Hardware Aritmética ponto fixo |
topic |
Computação reconfigurável Redes neurais artificiais FPGA VHDL Hardware Aritmética ponto fixo Reconfigurable computing Artificial neural network FPGA VHDL Hardware Arithmetic fixed point CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
dc.subject.eng.fl_str_mv |
Reconfigurable computing Artificial neural network FPGA VHDL Hardware Arithmetic fixed point |
dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
description |
This study shows the implementation and the embedding of an Artificial Neural Network (ANN) in hardware, or in a programmable device, as a field programmable gate array (FPGA). This work allowed the exploration of different implementations, described in VHDL, of multilayer perceptrons ANN. Due to the parallelism inherent to ANNs, there are disadvantages in software implementations due to the sequential nature of the Von Neumann architectures. As an alternative to this problem, there is a hardware implementation that allows to exploit all the parallelism implicit in this model. Currently, there is an increase in use of FPGAs as a platform to implement neural networks in hardware, exploiting the high processing power, low cost, ease of programming and ability to reconfigure the circuit, allowing the network to adapt to different applications. Given this context, the aim is to develop arrays of neural networks in hardware, a flexible architecture, in which it is possible to add or remove neurons, and mainly, modify the network topology, in order to enable a modular network of fixed-point arithmetic in a FPGA. Five synthesis of VHDL descriptions were produced: two for the neuron with one or two entrances, and three different architectures of ANN. The descriptions of the used architectures became very modular, easily allowing the increase or decrease of the number of neurons. As a result, some complete neural networks were implemented in FPGA, in fixed-point arithmetic, with a high-capacity parallel processing |
publishDate |
2010 |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2010-06-30 |
dc.date.available.fl_str_mv |
2011-06-22 2014-12-17T14:55:47Z |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2014-12-17T14:55:47Z |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
format |
masterThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.citation.fl_str_mv |
SILVA, Carlos Alberto de Albuquerque. Contribuição para o estudo do embarque de uma rede neural artificial em field programmable gate array (FPGA). 2010. 130 f. Dissertação (Mestrado em Automação e Sistemas; Engenharia de Computação; Telecomunicações) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2010. |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/15340 |
identifier_str_mv |
SILVA, Carlos Alberto de Albuquerque. Contribuição para o estudo do embarque de uma rede neural artificial em field programmable gate array (FPGA). 2010. 130 f. Dissertação (Mestrado em Automação e Sistemas; Engenharia de Computação; Telecomunicações) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2010. |
url |
https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/15340 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte |
dc.publisher.program.fl_str_mv |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
UFRN |
dc.publisher.country.fl_str_mv |
BR |
dc.publisher.department.fl_str_mv |
Automação e Sistemas; Engenharia de Computação; Telecomunicações |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UFRN instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) instacron:UFRN |
instname_str |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) |
instacron_str |
UFRN |
institution |
UFRN |
reponame_str |
Repositório Institucional da UFRN |
collection |
Repositório Institucional da UFRN |
bitstream.url.fl_str_mv |
https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/15340/1/CarlosAAS_DISSERT.pdf https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/15340/6/CarlosAAS_DISSERT.pdf.txt https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/15340/7/CarlosAAS_DISSERT.pdf.jpg |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
4390bd7c3b4ceb679bcc1796ba6ea896 d68a932af0e564c6f4ceb18526837229 ce1f1ac05b0a7e0d4d07948a647f0e8c |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) |
repository.mail.fl_str_mv |
|
_version_ |
1814832820992868352 |