Power estimation is the basis of many hardware optimization strategies. However, it is still challenging to offer accurate power estimation at an early stage such as high-level synthesis (HLS). In this paper, we propose PowerGear, a graph-learning-assisted power estimation approach for FPGA HLS, which features high accuracy, efficiency and transferability. PowerGear comprises two main components: a graph construction flow and a customized graph neural network (GNN) model. Specifically, in the graph construction flow, we introduce buffer insertion, datapath merging, graph trimming and feature annotation techniques to transform HLS designs into graph-structured data, which encode both intra-operation micro-architectures and inter-operation interconnects annotated with switching activities. Furthermore, we propose a novel power-aware heterogeneous edge-centric GNN model which effectively learns heterogeneous edge semantics and structural properties of the constructed graphs via edge-centric neighborhood aggregation, and fits the formulation of dynamic power. Compared with on-board measurement, PowerGear estimates total and dynamic power for new HLS designs with errors of 3.60% and 8.81%, respectively, which outperforms the prior arts in research and the commercial product Vivado. In addition, PowerGear demonstrates a speedup of 4x over Vivado power estimator. Finally, we present a case study in which PowerGear is exploited to facilitate design space exploration for FPGA HLS, leading to a performance gain of up to 11.2%, compared with methods using state-of-the-art predictive models.


翻译:电源估算是许多硬件优化战略的基础。 然而, 在像高级合成( HLS) 这样的早期阶段提供准确的电量估算仍然很困难。 在本文中, 我们提议PowerGear, 这是FPGA HLS 的图形学习辅助动力估算方法, 其特点是高精度、 效率和可转移性。 PowerGear 由两个主要部分组成: 图形结构流程和定制的图形神经网络模型。 具体地说, 在图结构流程中, 我们引入缓冲插入、 数据路径合并、 图形递增和特征说明技术, 将HLS 设计转换成图形结构数据。 在图形结构化数据中, 我们提议 PowerGeart, 将操作内部的微型结构与合作之间连接, 图形学习, 图形化, 以图表结构化为图, 以3. 60% 和8. 81% 的系统内部结构图, 将电源模型比前VIFA 的电源设计, 显示我们目前VIFA 的电压增长 和前VG 的电压分析,, 的电压增长 和前G 的电压分析, 的电压分析, 将演示到目前VLAVLAVLAD 的电压增长的电算, 的性研究, 向现在的电压的电压的电压到最后的电压到现在的电压到最后的电路的电路的电路的电路段的电路的电路的电路段的电算, 。

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