Fully parallel implementation of an SVM with SGD-based training on FPGA

dc.contributor.advisorFernandes, Marcelo Augusto Costa
dc.contributor.advisorIDpt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3475337353676349pt_BR
dc.contributor.authorLopes, Felipe Fernandes
dc.contributor.authorIDpt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8291687873735152pt_BR
dc.contributor.referees1Silva, Ivanovitch Medeiros Dantas da
dc.contributor.referees1IDpt_BR
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3608440944832201pt_BR
dc.contributor.referees2Santana Júnior, Orivaldo Vieira de
dc.contributor.referees2IDpt_BR
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/5050555219716698pt_BR
dc.contributor.referees3Sablon, Vicente Idalberto Becerra
dc.contributor.referees3IDpt_BR
dc.contributor.referees3Latteshttp://lattes.cnpq.br/6350047853320576pt_BR
dc.date.accessioned2021-04-06T19:39:32Z
dc.date.available2021-04-06T19:39:32Z
dc.date.issued2021-01-29
dc.description.abstractArtificial intelligence, machine learning, and deep learning have proven to be powerful techniques for solving natural language processing problems, computer vision, and others. However, its computational and statistical performance depends on other factors of the algorithms used for training, the computing platform used, and even the numerical precision used to represent the data. One of the main machine learning algorithms is the Support Vector Machine (SVM), most commonly trained through minimal sequential optimization, contributing to low computational performance. As an alternative, algorithms based on Stochastic Gradient Descent (SGD) have better scalability and can be used as good options for training machine learning algorithms. However, even with algorithms based on the stochastic gradient, the training and inference times can become long depending on the computing platform employed. Thus, accelerators based on Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) can be used to improve performance in terms of processing speed. This work proposes a fully parallel FPGA implementation of an SVM with SGD-based training. Results associated with hardware occupation, processing speed (or throughput), and accuracy for training and inference in various quantization formats are presented.pt_BR
dc.description.resumoInteligência artificial, aprendizagem de máquina e aprendizagem profunda têm se mostrado técnicas poderosas para resolver problemas em áreas como processamento de linguagem natural, visão computacional e outras. No entanto, seu desempenho computacional e estatístico depende além de outros fatores dos algoritmos usados para o treinamento, da plataforma de computação usada e até mesmo da precisão numérica usada para representar os dados. Um dos principais algoritmos de aprendizagem de máquina é o Support Vector Machine (SVM) sendo mais comumente treinada por meio da otimização sequencial mínima, o que contribui para um baixo desempenho computacional. Como uma alternativa, algoritmos baseados em Stochastic Gradient Descent (SGD) apresentam melhor escalabilidade e podem ser utilizados como boas opções para o treinamento de algoritmos de aprendizado de máquina. Porém, mesmo com o uso de algoritmos baseados no gradiente estocástico, os tempos de treinamento e inferência podem se tornar grandes dependendo da plataforma de computação empregada. Por esse motivo, aceleradores baseados em Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) podem ser utilizados para melhorar o desempenho em termos de velocidade de processamento. Este trabalho propõe uma implementação em FPGA de uma SVM, totalmente paralela com treinamento baseado no SGD. Resultados associados a ocupação em hardware, velocidade de processamento (throughput), e acurácia para o treinamento e inferência em vários formatos de quantização são apresentados.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.identifier.citationLOPES, Felipe Fernandes. Fully parallel implementation of an SVM with SGD-based training on FPGA. 2021. 93f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/32057
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃOpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectFPGApt_BR
dc.subjectSGDpt_BR
dc.subjectSVMpt_BR
dc.subjectAprendizagem de máquinapt_BR
dc.titleFully parallel implementation of an SVM with SGD-based training on FPGApt_BR
dc.typemasterThesispt_BR

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