Con la reciente popularidad y consecuente aumento en la cantidad de dispositivos
electrónicos multimedia interconectados a través de internet, resulta necesario producir sistemas mas eficientes desde el punto de vista energético. Para ello, es fundamental
el diseño de dispositivos de bajo consumo con capacidad de procesamiento
local que permitan reducir la transferencia de datos a través de la nube. Es por eso
que en esta tesis se presenta el desarrollo de arquitecturas digitales energéticamente
eficientes para el procesamiento de imágenes.
Los diferentes sistemas se basan en la utilización de estructuras neuronales celulares
(CNN) donde el procesamiento es realizado de manera distribuída por un
arreglo de celdas idénticas. Cada celda evoluciona conforme a su propio estado y
al de sus celdas contiguas utilizando funciones de transferencia lineales a tramos
(PWL). Bajo este paradigma, se diseñan y fabrican dos circuitos integrados. El primero,
realizado en una tecnología CMOS de 180nm, contiene un arreglo de 56 x 56
celdas que procesa imágenes binarias. El segundo, fabricado en 55nm, utiliza un
vector de 64 celdas para procesar imágenes multibit alojadas en una memoria local.
Posteriormente se presenta un nuevo algoritmo de cómputo utilizando una subclase
de funciones lineales a tramos que exhiben cierto tiepo de simetría, lo cual permite
expandir el número de celdas de la vecindad y reducir la cantidad de parámetros
necesarios para el procesamiento. Se dise~nan y se fabrican dos nuevos procesadores
de arquitecturas homólogas a las anteriores, donde se utilizan vecindades extendidas
de 8 celdas, que implementan la nueva estructura de cálculo PWL simétrica. El
primero, que procesa imágenes binarias utilizando un arreglo de 48 x 48 celdas, fue
fabricado en una tecnología de 55nm; mientras que el segundo, de procesamiento
multibit, fue fabricado en una tecnología de 130nm.
Finalmente, se muestra el dise~no de tres procesadores de alta capacidad de
cómputo para el procesamiento no-lineal y lineal de datos, en el marco del desarrollo
de un sistema 2.5D muti-chip multi-procesador, fabricado en una tecnología
de 55nm, llevado a cabo conjuntamente con la Universidad de Johns Hopkins. / With the increasing popularity of multimedia electronic devices interconnected
through internet, it is mandatory to build power efficient systems. It is therefore
necessary to design low power devices for local processing in order to reduce the
data trafic in the cloud. Consequently, this thesis presents the development of highly
energy efficient digital architectures for image processing.
The proposed systems are based on cellular neural networks (CNN) structures,
which are comprised by an array of dynamical cells with the same behaviour. Each
cell computes a multivariate piecewise linear function that involves its own state
value and the nearest neighboring cells' state value. Within this paradigm, two
integrated circuits were designed and fabricated. The first was designed in a 180nm
CMOS technology and implements a 56 x 56 cell array that process binary images;
whereas the second, fabricated in 55nm, processes locally stored grayscale images
through a 64-cell vector.
Subsequently, a new algorithm to compute a simplicial piecewise linear function
approximation of a symmetric non-linear function is presented, resulting in a reduction
of the number of parameter needed for a computation and hence, an increase
of the number of elements that make up the neighborhood. Thus, based on the previously
proposed architectures, two processors were designed implementing the new
symmetric function algorithm scheme in a eight-neighbor configuration. The one
that processes binary images was fabricated in 55nm and is comprised by a 48 x 48
cell array. On the other hand, a vector based chip for muti-bit image processing was
taped out in 130nm.
Finally, the design of three high-performance processors for linear and non-linear
data processing is shown, in the context of the development of a 2.D multi-module
heterogeneous multi-processor chip, fabricated in 55nm in cooperation with Johns
Hopkins University.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uns.edu.ar/oai:repositorio.bc.uns.edu.ar:123456789/4634 |
| Date | 25 April 2019 |
| Creators | Villemur, Martín |
| Contributors | Julián, Pedro |
| Publisher | Universidad Nacional del Sur |
| Source Sets | Universidad Nacional del Sur |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
| Rights | 2 |
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