With the rising complexity of numerous novel applications that serve our modern society comes the strong need to design efficient computing platforms. Designing efficient hardware is, however, a complex multi-objective problem that deals with multiple parameters and their interactions. Given that there are a large number of parameters and objectives involved in hardware design, synthesizing all possible combinations is not a feasible method to find the optimal solution. One promising approach to tackle this problem is statistical modeling of a desired hardware performance. Here, we propose a model-based active learning approach to solve this problem. Our proposed method uses Bayesian models to characterize various aspects of hardware performance. We also use transfer learning and Gaussian regression bootstrapping techniques in conjunction with active learning to create more accurate models. Our proposed statistical modeling method provides hardware models that are sufficiently accurate to perform design space exploration as well as performance prediction simultaneously. We use our proposed method to perform design space exploration and performance prediction for various hardware setups, such as micro-architecture design and OpenCL kernels for FPGA targets. Our experiments show that the number of samples required to create performance models significantly reduces while maintaining the predictive power of our proposed statistical models. For instance, in our performance prediction setting, the proposed method needs 65% fewer samples to create the model, and in the design space exploration setting, our proposed method can find the best parameter settings by exploring less than 50 samples.


翻译:随着为现代社会服务的众多新应用的日益复杂,设计高效的计算平台变得越来越迫切。然而,设计高效的硬件是一个涉及多个参数及其相互作用的复杂多目标问题。鉴于硬件设计涉及大量参数和目标,合成所有可能的组合并不是找到最优解的可行方法。解决这个问题的一个有前途的方法是对期望的硬件性能进行统计建模。在这里,我们提出了一种基于模型的主动学习方法来解决这个问题。我们提出的方法使用贝叶斯模型来表征硬件性能的各个方面。我们还使用传递学习和高斯回归自举等技术与主动学习相结合,创建更精确的模型。我们提出的统计建模方法提供了足够准确的硬件模型,可以同时进行设计空间探索和性能预测。我们使用我们提出的方法对各种硬件设置进行设计空间探索和性能预测,比如微架构设计和针对FPGA目标的OpenCL内核。我们的实验表明,采用我们提出的方法显著减少了创建性能模型所需样本的数量,同时保持了我们提出的统计模型的预测能力。例如,在我们的性能预测设置中,所提出的方法需要更少的样本来创建模型,而在设计空间探索设置中,我们提出的方法可以通过探索不到50个样本来找到最佳参数设置。

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