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Enregistrement W4386710522 · doi:10.1145/3616873

CHIP-KNNv2: A<u>C</u>onfigurable and<u>Hi</u>gh-<u>P</u>erformance<u>K</u>-<u>N</u>earest<u>N</u>eighbors Accelerator on HBM-based FPGAs

2023· article· en· W4386710522 sur OpenAlex

Pourquoi ce travail est dans la base

Une base qui oublie comment elle a trouvé un travail ne peut pas être vérifiée. Voici les voies qui ont admis celui-ci.

affAu moins un auteur déclare une institution canadienne dans l'instantané OpenAlex épinglé.
fundUn bailleur canadien est enregistré sur le travail.

Notice bibliographique

RevueACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueAdvanced Image and Video Retrieval Techniques
Établissements canadiensSimon Fraser University
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaBritish Columbia Knowledge Development FundSimon Fraser UniversityNvidia
Mots-clésComputer scienceSpeedupField-programmable gate arrayParallel computingHardware accelerationComputer hardware

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The k-nearest neighbors (KNN) algorithm is an essential algorithm in many applications, such as similarity search, image classification, and database query. With the rapid growth in the dataset size and the feature dimension of each data point, processing KNN becomes more compute and memory hungry. Most prior studies focus on accelerating the computation of KNN using the abundant parallel resource on FPGAs. However, they often overlook the memory access optimizations on FPGA platforms and only achieve a marginal speedup over a multi-thread CPU implementation for large datasets. In this article, we design and implement CHIP-KNN: an HLS-based, configurable, and high-performance KNN accelerator. CHIP-KNN optimizes the off-chip memory access on modern HBM-based FPGAs such as the AMD/Xilinx Alveo U280 FPGA board. CHIP-KNN is configurable for all essential parameters used in the algorithm, including the size of the search dataset, the feature dimension and data type representation of each data point, the distance metric, and the number of nearest neighbors - K. In terms of design architecture, we explore and discuss the tradeoffs between two design versions: CHIP-KNNv1 (Ping-Pong buffer based) and CHIP-KNNv2 (streaming-based). Moreover, we investigate the routing congestion issue in our accelerator design, implement hierarchical structures to shorten critical paths, and integrate an open-source floorplanning optimization tool called TAPA/AutoBridge to eliminate the place-and-route issues. To explore the design space and balance the computation and memory access performance, we also build an analytical performance model. Given a user configuration of the KNN parameters, our tool can automatically generate TAPA HLS C code for the optimal accelerator design and the corresponding host code, on the HBM-based FPGA platform. Our experimental results on the Alveo U280 show that, compared to a 48-thread CPU implementation, CHIP-KNNv2 achieves a geomean performance speedup of 15×, with a maximum speedup of 45×. Additionally, we show that CHIP-KNNv2 achieves up to 2.1× performance speedup over CHIP-KNNv1 while increasing configurability. Compared with the state-of-the-art Facebook AI Similarity Search (FAISS) [ 23 ] GPU implementation running on a Nvidia Tesla V100 GPU, CHIP-KNNv2 achieves an average latency reduction of 30.6× while requiring 34.3% of GPU power consumption.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Autre devis · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,884
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0030,005
Études des sciences et des technologies0,0010,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,027
Tête enseignante GPT0,271
Écart entre enseignants0,244 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle