CTDM: Resource-Efficient FPGA-Accelerated Simulation of Large-Scale NPU Designs
Rattachement africain : us, ch. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.
Le résumé fourni par la source
This paper proposes a novel approach to accelerate large Neural Processing Unit (NPU) simulations on FPGA through Chain-based Time-Division Multiplexing (CTDM) and its automatic compiler. CTDM replaces repeated logic patterns with a single logic pattern and register chains, which can take advantage of built-in shift register primitives. It reduces FPGA resource utilization more effectively than conventional multiplexer-based Time-Division Multiplexing (TDM) approaches by minimizing logic overhead and routing congestion. The automated CTDM compiler supports various hardware design languages (HDL) including Verilog, VHDL, high-level synthesis (HLS), and Chisel, as well as a wide range of FPGA devices—from small on-premise boards to server-grade hardware simulators like Synopsys ZeBu. To extend the applicability of CTDM to multi-FPGA systems, we propose a block interleaving technique that hides inter-FPGA link latency and fully utilizes the pipeline in a high-speed serial I/O channel. When applied to NVIDIA Deep Learning Accelerator (NVDLA), CTDM achieved a 66% and 82% reduction in LUT and FF utilization, respectively, and enabled the successful deployment of the largest variant of NVDLA on a single AMD U250 FPGA device. This demonstrated a 3,653× acceleration in NVDLA simulation time over the Synopsys VCS simulator on a CPU. This method has already been implemented for the simulation and verification of our proprietary NPUs. Notably, it enabled the simulation of a 4-die 1024 TFLOPS chiplet using 144 FPGAs on ZeBu 5 server.
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Le contrôle bibliographique ouvert
DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.
- Titre Crossref
- CTDM: Resource-Efficient FPGA-Accelerated Simulation of Large-Scale NPU Designs
- Date Crossref
- 26/10/2025
- Éditeur
- IEEE
- Type
- proceedings-article
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Où se fait cette recherche
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Cornell University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Cornell Tech pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Synopsys (Switzerland) pays non établi dans la noticeEntreprise
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Seongnam-Si Rebellions pays non établi dans la noticeOrganisation à but non lucratif
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Yongin-Si Synopsys Korea pays non établi dans la noticeOrganisation à but non lucratif
Cornell University, Cornell Tech et Synopsys (Switzerland), avec 2 autres affiliations.
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