SkipLane: FPGA 기반 제로 스키핑 CNN 엔진을 위한 Write-Once, 충돌 방지 누적 구조

요약

SkipLane은 CNN 가속기에서 발생하는 RMW(읽기-수정-쓰기) 방식의 누적 과정 비효율성과 메모리 뱅크 충돌 문제를 해결하기 위해 제안된 FPGA 기반 엔진입니다. 이 엔진은 전체 누적 경로를 Write-Once 방식으로 설계하여 각 커널 로우가 독립적인 레인에서 부분 합계를 처리합니다. RTL 시뮬레이션 결과, 높은 희소성(70%)에서도 성능 저하가 적으며 기존 SCNN 스타일 대비 1.10~1.26배 빠른 효율을 입증했습니다.

핵심 포인트

• SkipLane은 누적 경로를 Write-Once 방식으로 구현하여 RMW로 인한 희소 입력 성능 저하 문제를 근본적으로 해결함.
• 각 커널 로우는 독립적인 레인에서 부분 합계를 유지하며 충돌 방지 메모리 뱅크를 사용합니다.
• 70%의 높은 희소성에서도 프론트엔드 바운드 대비 낮은 성능 저하율을 보입니다.
• PYNQ-Z2 환경에서 LeNet-5를 비트 정확도로 실행 가능하며, conv1은 밀집 엔진보다 1.94배 효율적입니다.