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阙浩华, 金雨, 王童, 刘明楷, 杨兴华, 乔飞. 近似计算综述:从计算单元设计到高层次应用[J]. 计算机科学技术学报, 2023, 38(2): 251-272. DOI: 10.1007/s11390-023-2537-y
引用本文: 阙浩华, 金雨, 王童, 刘明楷, 杨兴华, 乔飞. 近似计算综述:从计算单元设计到高层次应用[J]. 计算机科学技术学报, 2023, 38(2): 251-272. DOI: 10.1007/s11390-023-2537-y
Que HH, Jin Y, Wang T et al. A survey of approximate computing: From arithmetic units design to high-level applications. JOURNAL OF COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 38(2): 251−272 Mar. 2023. DOI: 10.1007/s11390-023-2537-y.
Citation: Que HH, Jin Y, Wang T et al. A survey of approximate computing: From arithmetic units design to high-level applications. JOURNAL OF COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 38(2): 251−272 Mar. 2023. DOI: 10.1007/s11390-023-2537-y.

近似计算综述:从计算单元设计到高层次应用

A Survey of Approximate Computing: From Arithmetic Units Design to High-Level Applications

  • 摘要:
    研究背景 随着集成电路工艺和所运行的电路复杂度不断攀升,功耗和工艺偏差所带来的问题日益严重。近似计算作为一种有效的计算和设计方式逐渐受到广泛的关注。尤其随着人工智能算法的不断发展,由于这类算法大部分具有容错特性,因此在计算单元,存储和系统设计等不同层次可以引入近似计算,从而实现低功耗和高性能的电路系统设计。然而,近似计算涉及多个不同的研究对象,初学者很难从大量的文献中系统性地了解近似计算的发展情况,现有的综述论文更多地集中在近似计算的某一部分进行论述,因此读者在文献调研时,难以有效地从整体图景构建近似计算的发展逻辑关系。
    目的 本文对近似计算相关文献进行了综述,对近似计算在电路单元设计到高层次的应用等不同研究领域进行了总结和分析,从而试图为研究者提供一个综合的且富有启发性的途径去理解近似计算。我们选择了本研究领域大量的有影响力的文献并将它们按照电路系统设计者的角度进行了分门别类。通过对上述文献的分析和论述,我们相信随着人工智能和相关领域的飞速发展,近似计算在未来的电路系统设计领域会产生更多更大的影响力。
    方法 我们在对近似计算进行综述的时候,选择了对近似计算发展有巨大贡献的文献,整个过程基于我们对近似计算这一技术的经验积累和理解。除此之外,为了让研究者能够对近似计算有更深更广的认识,我们仔细筛选并分析了近似计算在电路单元设计到高层次应用等不同研究领域的文献。
    结果 本文使读者能够对近似计算有全景式的整体认识,对近似计算从发起到近期的研究结果和应用有全局且具体的理解。在本文结尾,我们讨论了近似计算在未来所面临的挑战,局限和发展方向。
    结论 在本文中,我们为读者提供了一个逻辑清晰的途径去认识和理解近似计算。本文不仅展示了近似计算在不同研究领域的应用和发展情况,同时分析了近似计算潜在的挑战和问题。我们相信随着人工智能算法和应用的不断发展,近似计算必将在设计低功耗高性能电路系统领域收到越来越多的关注,同时相信近似计算在跨层次的不同领域进行研究和设计对未来构造大系统和有影响力工作是极其有意义的。

     

    Abstract: Realizing a high-performance and energy-efficient circuit system is one of the critical tasks for circuit designers. Conventional researchers always concentrated on the tradeoffs between the energy and the performance in circuit and system design based on accurate computing. However, as video/image processing and machine learning algorithms are widespread, the technique of approximate computing in these applications has become a hot topic. The errors caused by approximate computing could be tolerated by these applications with specific processing or algorithms, and large improvements in performance or power savings could be achieved with some acceptable loss in final output quality. This paper presents a survey of approximate computing from arithmetic units design to high-level applications, in which we try to give researchers a comprehensive and insightful understanding of approximate computing. We believe that approximate computing will play an important role in the circuit and system design in the future, especially with the rapid development of artificial intelligence algorithms and their related applications.

     

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