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# Informatique# Architecture matérielle

PATRONoC : Une nouvelle ère dans la communication des données

PATRONoC améliore l'efficacité du transfert de données dans les applis de deep learning.

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La technologie du deep learning est en plein essor dans plein de domaines, y compris les centres de données et les appareils du quotidien. Ces technologies ont besoin de matériel puissant pour traiter de grandes quantités de données rapidement. Avec la demande croissante pour le deep learning, il faut aussi de meilleurs systèmes de communication au sein de ces configurations matérielles. Les méthodes traditionnelles utilisées pour le Transfert de données ne suivent pas les besoins du deep learning.

Cet article présente une nouvelle approche appelée PATRONoC. Elle est conçue pour améliorer la façon dont les données circulent entre les différentes composantes dans les systèmes utilisant plusieurs unités de traitement pour le deep learning.

Le défi du transfert de données

Les applications de deep learning produisent souvent des pics de données qui doivent être envoyées d'une partie du matériel à une autre. Les systèmes traditionnels utilisent des méthodes de communication plus anciennes qui sont lentes parce qu'elles envoient les données en petits paquets, un par un. Ça peut causer des retards et c’est pas efficace pour les grandes quantités de données que le deep learning nécessite.

Les systèmes existants ont aussi besoin de matériel spécial pour convertir différents formats de données, ce qui rajoute de la complexité et des coûts. Au fur et à mesure que les applications de deep learning évoluent, il y a un besoin croissant pour des méthodes de communication plus rapides et plus efficaces qui peuvent gérer les pics de données.

Présentation de PATRONoC

PATRONoC est un nouveau système de communication entièrement compatible avec un type de protocole de transfert de données souvent utilisé dans le matériel avancé, connu sous le nom d’AXI. L'objectif de PATRONoC est de faciliter et d’accélérer le partage des données dans les systèmes exécutant des applications de deep learning.

En utilisant PATRONoC, les configurations matérielles peuvent connecter plusieurs unités de traitement qui fonctionnent ensemble sans accroc. Ce système profite du protocole AXI, qui permet une gestion uniforme des données au sein du réseau, réduisant ainsi le besoin de conversions complexes et accélérant la communication.

Comment fonctionne PATRONoC

PATRONoC utilise une configuration en forme de grille, appelée topologie maillée, où chaque unité de traitement est connectée de manière à permettre un transfert de données rapide et efficace. Ce design permet à plusieurs unités de communiquer entre elles sans avoir à attendre que d'autres terminent leur transmission de données.

L'élément de base de PATRONoC est une unité de routage qui dirige les données vers leur destination en fonction de certaines règles. Cette unité de routage peut gérer plusieurs transferts de données en même temps, ce qui la rend particulièrement efficace, surtout lors de pics de données.

PATRONoC peut facilement s'adapter à différents designs de système. Il peut être configuré selon le nombre d'unités de traitement et la quantité de données à gérer, ce qui en fait une solution flexible pour diverses configurations matérielles.

Améliorations de performance

Les tests montrent que PATRONoC surpasse nettement les systèmes traditionnels. Par exemple, il peut gérer plus de données avec moins d'espace requis sur le matériel. Ça veut dire que les systèmes peuvent être construits plus petits et moins chers sans sacrifier les Performances.

Lors des tests de performances, PATRONoC a pu livrer des données beaucoup plus rapidement que les anciens systèmes, offrant jusqu'à huit fois plus de bande passante dans certains cas. C’est crucial pour les tâches de deep learning qui nécessitent un accès rapide aux données pour entraîner les modèles efficacement.

De plus, PATRONoC peut gérer de grandes quantités de données à la fois, réduisant le temps nécessaire pour que les applications de deep learning traitent l'information. En conséquence, il est bien adapté aux environnements où la rapidité et l'efficacité sont essentielles.

Résoudre les défis clés

À mesure que les systèmes de deep learning passent de processeurs monocœurs à des configurations multicœurs, de nouveaux défis apparaissent. Cela inclut comment partager efficacement les ressources et gérer le trafic de données. PATRONoC aborde ces défis en fournissant un système de communication spécialement conçu pour les environnements multicœurs.

Les méthodes traditionnelles de gestion des données ont des limites, surtout à cause de leur besoin de paquetisation et de sérialisation. Pour les systèmes de deep learning qui nécessitent une bande passante élevée et une faible latence, PATRONoC propose une meilleure solution. Il permet des flux de données continues au lieu de casser les données en petits paquets, ce qui peut ralentir le système dans son ensemble.

Comparaison avec d'autres systèmes

Comparé à d'autres systèmes de communication à la pointe, PATRONoC se démarque par son efficacité et son adaptabilité. Beaucoup de systèmes traditionnels souffrent d'un coût de surface élevé et de processus de routage complexes. Le design de PATRONoC simplifie ce processus, menant à de meilleures performances dans des applications réelles.

D'autres systèmes peuvent bien gérer des charges de travail spécifiques, mais ils manquent souvent de la flexibilité que PATRONoC offre. Ça veut dire qu'à mesure que les charges de travail changent, d'autres systèmes peuvent avoir du mal à suivre. PATRONoC peut facilement s'ajuster pour répondre à de nouvelles demandes sans avoir besoin d'une refonte complète.

Applications pratiques

Les avantages de PATRONoC ne se limitent pas à des performances théoriques ; on peut les voir dans des applications pratiques, surtout dans des systèmes nécessitant un traitement rapide de grandes quantités de données.

Par exemple, dans l'intelligence artificielle et le machine learning, la vitesse est cruciale. Les modèles doivent être entraînés sur d'énormes quantités de données, et tout retard peut entraîner un gaspillage de ressources et de temps. En mettant en œuvre PATRONoC, les systèmes peuvent traiter les données beaucoup plus rapidement, rendant l'entraînement plus efficace.

En plus, à mesure que l'Internet des objets (IoT) s'étend, les appareils auront besoin de systèmes de communication efficaces pour gérer les données qu'ils génèrent. PATRONoC peut fournir une solution robuste pour ces appareils, garantissant que les données sont transmises rapidement et de manière fiable.

Conclusion

Les technologies de deep learning changent notre approche des tâches en informatique, mais le besoin d'un transfert de données efficace est devenu plus pressant. PATRONoC offre une nouvelle perspective sur la façon dont les données sont transmises dans des systèmes multicœurs, prouvant qu'il est une alternative plus efficace aux méthodes traditionnelles.

En utilisant une architecture adaptable capable de gérer de grands pics de données, PATRONoC améliore les performances des applications de deep learning sur diverses plateformes. Alors que la demande pour un traitement à haute vitesse continue de croître, des solutions comme PATRONoC joueront un rôle vital dans l'avenir de l'informatique et de la communication des données.

Cette évaluation de PATRONoC démontre que c'est un grand pas en avant pour relever les défis rencontrés dans les réseaux de deep learning. Le potentiel pour des recherches et développements futurs dans ce domaine est immense, et PATRONoC offre une base excitante pour de futures avancées. En continuant à peaufiner les approches du transfert de données, on peut débloquer de plus grandes efficacités et capacités dans les technologies de deep learning, permettant finalement des systèmes plus puissants et intelligents.

Source originale

Titre: PATRONoC: Parallel AXI Transport Reducing Overhead for Networks-on-Chip targeting Multi-Accelerator DNN Platforms at the Edge

Résumé: Emerging deep neural network (DNN) applications require high-performance multi-core hardware acceleration with large data bursts. Classical network-on-chips (NoCs) use serial packet-based protocols suffering from significant protocol translation overheads towards the endpoints. This paper proposes PATRONoC, an open-source fully AXI-compliant NoC fabric to better address the specific needs of multi-core DNN computing platforms. Evaluation of PATRONoC in a 2D-mesh topology shows 34% higher area efficiency compared to a state-of-the-art classical NoC at 1 GHz. PATRONoC's throughput outperforms a baseline NoC by 2-8X on uniform random traffic and provides a high aggregated throughput of up to 350 GiB/s on synthetic and DNN workload traffic.

Auteurs: Vikram Jain, Matheus Cavalcante, Nazareno Bruschi, Michael Rogenmoser, Thomas Benz, Andreas Kurth, Davide Rossi, Luca Benini, Marian Verhelst

Dernière mise à jour: 2023-07-31 00:00:00

Langue: English

Source URL: https://arxiv.org/abs/2308.00154

Source PDF: https://arxiv.org/pdf/2308.00154

Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

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