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2025 conference-paper

CTDM: Resource-Efficient FPGA-Accelerated Simulation of Large-Scale NPU Designs

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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.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

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

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Où se fait cette recherche

  • Cornell University pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Cornell Tech pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Synopsys (Switzerland) pays non établi dans la notice
    Entreprise
  • Seongnam-Si Rebellions pays non établi dans la notice
    Organisation à but non lucratif
  • Yongin-Si Synopsys Korea pays non établi dans la notice
    Organisation à but non lucratif

Cornell University, Cornell Tech et Synopsys (Switzerland), avec 2 autres affiliations.

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

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