KR102651559B1 - Neural processing unit and artificial neural network system for image fusion - Google Patents
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Abstract
본 개시의 일 개시에 따르면, 영상 융합 인공신경망 모델을 위한 신경 프로세싱 유닛이 제공된다. 상기 신경 프로세싱 유닛은, 서로 상이한 해상도 및 영상 특성을 가지는 제1 영상 및 제2 영상을 입력하여, 새로운 제3 영상을 출력하도록 학습된 영상 융합 인공신경망 모델의 머신 코드를 입력받도록 구성된 제어부; 상기 영상 융합 인공신경망 모델에 대응되는 복수의 입력 신호를 수신하도록 구성된 입력 회로; 상기 영상 융합 인공신경망 모델 연산의 주 연산을 수행하도록 구성된 프로세싱 엘리먼트 어레이; 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 특수 기능 연산을 수행하도록 구성된 특수 기능 유닛 회로; 및 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 상기 주 연산 및/또는 상기 특수 기능 연산의 데이터를 저장하도록 구성된 온-칩 메모리; 를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 머신-코드에 포함된 영상 융합 인공신경망 모델의 데이터 지역성 정보에 따라 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 연산 순서가 기 설정된 순서대로 처리되도록, 상기 프로세싱 엘리먼트 어레이, 상기 특수 기능 유닛 회로 및 상기 온-칩 메모리를 제어하도록 구성되며, 상기 제3 영상의 제3 해상도는, 상기 제1 영상의 제1 해상도와 상기 제2 영상의 제2 해상도 사이의 값을 가지며, 상기 제3 영상의 제3 영상 특성은, 상기 제1 영상의 제1 영상 특성 또는 상기 제2 영상의 제2 영상 특성과 적어도 일부 동일할 수 있다. According to one disclosure of the present disclosure, a neural processing unit for an image fusion artificial neural network model is provided. The neural processing unit includes: a control unit configured to receive a machine code of an image fusion artificial neural network model learned to input a first image and a second image having different resolutions and image characteristics and output a new third image; an input circuit configured to receive a plurality of input signals corresponding to the image fusion artificial neural network model; a processing element array configured to perform a main operation of the image fusion artificial neural network model operation; a special function unit circuit configured to perform special function calculation of the image fusion artificial neural network model; and an on-chip memory configured to store data of the main operation and/or the special function operation of the image fusion artificial neural network model; and the control unit, the processing element array, the special processing element array, so that the operation order of the image fusion artificial neural network model is processed in a preset order according to the data locality information of the image fusion artificial neural network model included in the machine code. configured to control a functional unit circuit and the on-chip memory, wherein the third resolution of the third image has a value between the first resolution of the first image and the second resolution of the second image, The third image characteristic of the three images may be at least partially the same as the first image characteristic of the first image or the second image characteristic of the second image.
Description
본 개시는 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛 및 인공신경망 시스템에 관한 것이다. This disclosure relates to a neural processing unit and artificial neural network system for image fusion.
열화상 이미지 센서는 촬영 시 외부에서 별도로 공급되는 광원이 없더라도 물체가 방사하는 복사 에너지를 모아 가시화하는 방식으로 열화상 영상(열영상)을 제공한다. A thermal imaging sensor provides thermal imaging by collecting and visualizing radiant energy emitted by an object even when there is no separate external light source when shooting.
열영상은 적외선 주파수 대역에 따라 크게 NIR(near-infrared), SWIR(short-wave infrared), MWIR(medium-wave infrared), LWIR(long-wave infrared) 등으로 나뉜다. LWIR은 과거에 주로 군사용, 의료용과 같은 특수분야에서 많이 사용되었다. 최근에는 열영상의 활용분야가 증가하여 사물 및 자동차의 야간물체 인식 목적으로도 사용되고 있다.Thermal imaging is largely divided into NIR (near-infrared), SWIR (short-wave infrared), MWIR (medium-wave infrared), and LWIR (long-wave infrared) depending on the infrared frequency band. In the past, LWIR was mainly used in special fields such as military and medical purposes. Recently, the field of use of thermal imaging has increased, and it is also used for night-time object recognition of objects and cars.
특히, 야간에는 물체에 대한 인식 기술에서 열영상의 화질이 매우 중요하다. 그러나 해상도에 따라, 열화상 이미지 센서의 가격 편차가 크기 때문에, 고해상도 적외선 이미지 센서는 경제적인 측면에서 부담이 된다.In particular, the image quality of thermal images is very important in object recognition technology at night. However, because the price of thermal image sensors varies greatly depending on the resolution, high-resolution infrared image sensors are economically burdensome.
그에 따라, 최근에는 인공 지능 기반의 학습 알고리즘을 통해 저해상도 열화상 센서에서 획득한 영상의 해상도를 확대(upscaling)하는 초고해상도(super-resolution: SR) 기술이 개시되고 있다. Accordingly, super-resolution (SR) technology has recently been launched, which upscales the resolution of images acquired from low-resolution thermal image sensors through artificial intelligence-based learning algorithms.
그러나, 열영상을 단일 입력 데이터로 사용할 경우, 일반적인 가시광 이미지 센서에서 획득 가능한 영상의 질감 정보를 고해상도로 표현하기에 한계가 있다. 이에, 이종의 영상을 입력 데이터로 하여, 이를 융합하기 위한 기술이 개발되고 있다. 다만, 종래의 영상 융합 기술은 동기화 및 정합을 프레임 단위로 수행하는 과정에서 그 연산량이 지나치게 커지는 문제점이 있다. However, when thermal images are used as single input data, there are limitations in expressing the texture information of images that can be obtained from a general visible light image sensor at high resolution. Accordingly, technology is being developed to use heterogeneous images as input data and fuse them. However, the conventional image fusion technology has a problem in that the amount of calculation becomes excessively large in the process of performing synchronization and matching on a frame-by-frame basis.
본 개시의 배경이 되는 기술은 본 개시에 대한 이해를 보다 용이하게 하기 위해 작성되었다. 본 개시의 배경이 되는 기술에 기재된 사항들이 선행기술로 존재한다고 인정하는 것으로 이해되어서는 안 된다.The technology behind the present disclosure has been prepared to facilitate easier understanding of the present disclosure. It should not be understood as an admission that matters described in the background technology of this disclosure exist as prior art.
이에, 이종의 이미지 센서로부터 획득되는 영상을 기초로 두 개의 특징을 융합한 하나의 영상을 생성하되, 그 연산량은 최소화하기 위한 신경 프로세싱 유닛(Neural Processing Unit: NPU) 및 이를 포함하는 인공신경망 시스템이 요구된다. Accordingly, a neural processing unit (NPU) and an artificial neural network system including the same are designed to generate one image by fusing two features based on images acquired from heterogeneous image sensors, while minimizing the amount of calculation. It is required.
본 개시의 발명자들은 하나의 객체에 대한 서로 다른 해상도 및 영상 특성을 가진 영상들을 조합하여, 상위 해상도를 만족하는 하나의 영상을 생성하기 위한 인공신경망 모델을 효과적으로 처리할 수 있는 신경 프로세싱 유닛 및 인공신경망 시스템을 개발하고자 하였다. The inventors of the present disclosure have developed a neural processing unit and artificial neural network that can effectively process an artificial neural network model to generate an image that satisfies higher resolution by combining images with different resolutions and image characteristics for one object. We wanted to develop a system.
특히, 본 개시의 발명자들은 서로 다른 데이터를 효과적으로 처리 가능한 연접(concatenation) 동작, 건너뛰고 연결하기 (skip-connection) 동작을 수행하여, 고해상도의 영상을 빠르게 생성할 수 있는 신경 프로세싱 유닛 및 인공신경망 시스템을 개발하기에 이르렀다. In particular, the inventors of the present disclosure have developed a neural processing unit and artificial neural network system that can quickly generate high-resolution images by performing concatenation and skip-connection operations that can effectively process different data. led to the development of
본 개시의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The tasks of the present disclosure are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 영상 융합 인공신경망 모델을 위한 신경 프로세싱 유닛이 제공된다. 상기 영상 융합 인공신경망 모델을 위한 신경 프로세싱 유닛은, 서로 상이한 해상도 및 영상 특성을 가지는 제1 영상 및 제2 영상을 입력하여, 새로운 제3 영상을 출력하도록 학습된 영상 융합 인공신경망 모델의 머신 코드를 입력받도록 구성된 제어부; 상기 영상 융합 인공신경망 모델에 대응되는 복수의 입력 신호를 수신하도록 구성된 입력 회로; 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 주 연산을 수행하도록 구성된 프로세싱 엘리먼트 어레이; 상기 영상 융합 인공신경망 모델 연산의 특수 기능 연산을 수행하도록 구성된 특수 기능 유닛 회로; 및 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 상기 주 연산 및/또는 상기 특수 기능 연산의 데이터를 저장하도록 구성된 온-칩 메모리; 를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 머신-코드에 포함된 영상 융합 인공신경망 모델의 데이터 지역성 정보에 따라 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 연산 순서가 기 설정된 순서대로 처리되도록, 상기 프로세싱 엘리먼트 어레이, 상기 특수 기능 유닛 회로 및 상기 온-칩 메모리를 제어하도록 구성되며, 상기 제3 영상의 제3 해상도는, 상기 제1 영상의 제1 해상도와 상기 제2 영상의 제2 해상도 사이의 값을 가지며, 상기 제3 영상의 제3 영상 특성은, 상기 제1 영상의 제1 영상 특성 또는 상기 제2 영상의 제2 영상 특성과 적어도 일부 동일할 수 있다. To solve the above-mentioned problems, a neural processing unit for an image fusion artificial neural network model is provided. The neural processing unit for the image fusion artificial neural network model inputs a first image and a second image having different resolutions and image characteristics, and generates a machine code of the image fusion artificial neural network model learned to output a new third image. A control unit configured to receive input; an input circuit configured to receive a plurality of input signals corresponding to the image fusion artificial neural network model; a processing element array configured to perform main operations of the image fusion artificial neural network model; a special function unit circuit configured to perform special function calculation of the image fusion artificial neural network model calculation; and an on-chip memory configured to store data of the main operation and/or the special function operation of the image fusion artificial neural network model; and the control unit, the processing element array, the special processing element array, so that the operation order of the image fusion artificial neural network model is processed in a preset order according to the data locality information of the image fusion artificial neural network model included in the machine code. configured to control a functional unit circuit and the on-chip memory, wherein the third resolution of the third image has a value between the first resolution of the first image and the second resolution of the second image, The third image characteristic of the three images may be at least partially the same as the first image characteristic of the first image or the second image characteristic of the second image.
본 개시의 다른 개시에 따르면, 영상 융합 인공신경망 모델을 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은, 제1 해상도 및 제1 영상 특성을 가지는 제1 영상을 획득하는 제1 센서; 상기 제1 해상도보다 작은 제2 해상도 및 상기 제1 영상 특성과 상이한 제2 영상 특성을 가지는 제2 영상을 획득하는 제2 센서; 및 서로 상이한 해상도 및 영상 특성을 가지는 제1 영상 및 제2 영상을 입력하여, 새로운 제3 영상을 출력하도록 학습된 영상 융합 인공신경망 모델을 처리하도록 구성된 신경 프로세싱 유닛; 을 포함하고, 상기 제3 영상의 제3 해상도는, 상기 제1 영상의 제1 해상도와 상기 제2 영상의 제2 해상도 사이의 값을 가지며, 상기 제3 영상의 제3 영상 특성은, 상기 제1 영상의 제1 영상 특성 또는 상기 제2 영상의 제2 영상 특성과 적어도 일부 동일할 수 있다.According to another disclosure of the present disclosure, a system for an image fusion artificial neural network model is provided. The system includes a first sensor that acquires a first image having a first resolution and first image characteristics; a second sensor that acquires a second image having a second resolution smaller than the first resolution and second image characteristics different from the first image characteristics; and a neural processing unit configured to input a first image and a second image having different resolutions and image characteristics and process a learned image fusion artificial neural network model to output a new third image. Includes, the third resolution of the third image has a value between the first resolution of the first image and the second resolution of the second image, and the third image characteristic of the third image is, It may be at least partially the same as the first image characteristic of the first image or the second image characteristic of the second image.
기타 예시의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other example details are included in the detailed description and drawings.
본 개시는 인공신경망 모델을 통해 고해상도의 열영상을 생성할 수 있다. 특히, 본 개시는 감시 카메라와 같이 불특정 다수의 사람을 촬영하기 위한 장치에서 고해상도의 열영상만을 생성하여 저장함으로써, 개인정보가 노출되는 문제를 예방할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 개시는, 사람의 얼굴 영역에만 열영상을 융합하여, 개인정보를 보호할 수 있다. The present disclosure can generate high-resolution thermal images through an artificial neural network model. In particular, the present disclosure can prevent the problem of personal information being exposed by generating and storing only high-resolution thermal images in a device for photographing an unspecified number of people, such as a surveillance camera. In addition, the present disclosure can protect personal information by fusing thermal images only in the face area of a person.
또한, 전문 디바이스가 아닌, 일반 디바이스에 내장되는 고해상도의 일반 가시광 이미지 센서와 저해상도의 열영상 이미지 센서를 활용하여, 고해상도의 열영상을 생성할 수 있다. 이에 본 개시는 저비용으로 고해상도의 열영상을 생성할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 개시는 야간 식별을 위해 만들어진 디바이스가 아닌, 예를 들어, 사용자 소지의 디바이스나 차량의 블랙박스 등에서도 영상의 야간 식별력을 향상시킬 수 있다. In addition, high-resolution thermal images can be generated by utilizing a high-resolution general visible light image sensor and a low-resolution thermal image sensor built into a general device, rather than a specialized device. Accordingly, the present disclosure can generate high-resolution thermal images at low cost. In addition, the present disclosure can improve night-time identification of images not only in devices designed for night-time identification, but also in, for example, devices owned by the user or vehicle black boxes.
또한, 본 개시는 기상 상황이 좋지 않은 날에도, 대상체를 관찰하기 위한 고해상도의 열영상을 생성할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 개시는 이미지 센서 외에 대상체를 감지하기 위해 사용되는 레이저 센서, 전자기파 센서 및 초음파 센서 등의 감도가 떨어지는 날에도, 대상체에 대한 고해상도의 열영상을 생성할 수 있다. 이에, 본 개시의 신경 프로세싱 유닛이 차량에 설치되어, 차량의 안전 사고를 예방할 수 있다. Additionally, the present disclosure can generate high-resolution thermal images for observing an object even on days with poor weather conditions. In addition, the present disclosure can generate high-resolution thermal images of an object even on days when the sensitivity of laser sensors, electromagnetic wave sensors, and ultrasonic sensors used to detect the object in addition to the image sensor is low. Accordingly, the neural processing unit of the present disclosure can be installed in a vehicle to prevent safety accidents in the vehicle.
또한, 본 개시는 고해상도의 열영상을 이용하여 사용자의 움직임을 추정(skeleton detection 또는 pose estimation)할 수 있다. 예를 들어, 본 개시는 특정 공간에 설치된 디바이스를 통해 사용자의 비정상적인 움직임을 추정하거나, 사용자의 넘어짐을 추정할 수 있다. Additionally, the present disclosure can estimate the user's movements (skeleton detection or pose estimation) using high-resolution thermal images. For example, the present disclosure can estimate a user's abnormal movement or estimate a user's fall through a device installed in a specific space.
또한, 본 개시는 이종의 이미지 센서로부터 획득한 영상을 토대로 새로운 영상을 생성하는 영상 융합 인공신경망 모델을 구현하기 위한 신경 프로세싱 유닛이 보다 효율적으로 동작할 수 있도록 제어할 수 있다. 이에, 본 개시는 방대한 양의 데이터를 처리함에도 전력 소모를 절감할 수 있다. 이에 본 개시는 배터리 용량에 제한 받지 않고, 다양한 디바이스에서 영상 융합 인공신경망 모델을 구현할 수 있다. Additionally, the present disclosure can control a neural processing unit for implementing an image fusion artificial neural network model that generates a new image based on images acquired from heterogeneous image sensors to operate more efficiently. Accordingly, the present disclosure can reduce power consumption even when processing a huge amount of data. Accordingly, the present disclosure is not limited by battery capacity and can implement an image fusion artificial neural network model in various devices.
또한, 본 개시는 연접(concatenation) 동작, 건너뛰고 연결하기 (skip-connection) 동작을 통해 이종의 센싱 데이터를 효과적으로 처리할 수 있다. 이에 본 개시는 고해상도의 열영상을 연산량을 절감하면서도 빠르게 생성할 수 있다. Additionally, the present disclosure can effectively process heterogeneous sensing data through concatenation and skip-connection operations. Accordingly, the present disclosure can quickly generate high-resolution thermal images while reducing the amount of computation.
또한, 본 개시는 온-칩 메모리에 저장된 데이터를 최대한 재사용하여, 고해상도의 영상을 융합하기 위해 필요한 데이터를 외부 메모리에서 획득하는 동안 소모되는 전력을 최소화할 수 있다. Additionally, the present disclosure can minimize power consumed while acquiring data required to fuse high-resolution images from an external memory by maximally reusing data stored in the on-chip memory.
본 개시에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 개시 내에 포함되어 있다.The effects according to the present disclosure are not limited to the content exemplified above, and further various effects are included within the present disclosure.
도 1 및 도 2는 본 개시의 일 예시에 따른 영상 융합 인공신경망 모델을 설명하는 개략적인 개념도이다.
도 3 및 도 4는 본 개시의 일 예시에 따른 영상 융합 인공신경망 모델을 통해 생성된 영상을 설명하는 개략적인 개념도이다.
도 5은 본 개시의 일 예시에 따른 신경 프로세싱 유닛을 설명하는 개략적인 개념도이다.
도 6은 도 5에 도시된 프로세싱 엘리먼트 어레이 중 하나의 프로세싱 엘리먼트를 설명하는 개략적인 개념도이다.
도 7은 도 5에 도시된 신경 프로세싱 유닛의 변형 예를 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 개시의 일 예시에 따른 영상 융합 인공신경망 모델을 예시적으로 나타낸 개념도이다.
도 9는 본 개시의 일 예시에 따른 영상 융합 인공신경망 모델을 구성하는 GAN 신경망의 일부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 컨볼루션 레이어의 입력 데이터와 합성곱 연산에 사용되는 커널을 설명하기 위한 도면이다.
도 11는 도 10에 도시된 커널을 사용하여 특징 맵을 생성하는 컨볼루션 신경망의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 개시의 일 예시에 따른 영상 융합 인공신경망 모델을 예시적으로 나타낸 개념도이다.
도 13은 본 개시의 일 예시에 따른 NPU의 퓨전 방식을 나타낸 예시도이다.
도 14는 본 개시의 제1 예시에 따른 NPU 아키텍처를 포함하는 시스템을 예시적으로 나타낸 개념도이다.
도 15a는 본 개시의 제1 예시에 따른 영상 융합 인공신경망 모델이 포함하는 건너뛰고 연결하기(skip-connection)를 설명하기 위한 예시도이다.
도 15b는 도 15a에 도시된 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보를 나타낸 예시도이다.
도 16은 본 개시의 제2 예시에 따른 NPU 아키텍처를 포함하는 시스템을 예시적으로 나타낸 개념도이다.
도 17은 본 개시의 제3 예시에 따른 NPU 아키텍처를 포함하는 시스템을 예시적으로 나타낸 개념도이다.
도 18은 본 개시의 제4 예시에 따른 NPU 아키텍처를 포함하는 시스템을 예시적으로 나타낸 개념도이다.
도 19는 도 12에 도시된 영상 융합 인공신경망 모델을 도 18에 도시된 제4 예시에 따라 쓰레드로 구분한 예를 나타낸다.
도 20은 본 개시의 제5 예시에 따른 NPU 아키텍처를 포함하는 시스템을 예시적으로 나타낸 개념도이다.
도 21은 도 20에 도시된 SFU의 파이프라인 구조의 제1 예시를 나타낸 예시도이다.
도 22a는 도 20에 도시된 SFU의 일 예시를 나타낸 예시도이다.
도 22b는 도 20에 도시된 SFU의 다른 예시를 나타낸 예시도이다.
도 23은 본 개시의 제6 예시에 따른 NPU 아키텍처를 포함하는 시스템을 예시적으로 나타낸 개념도이다.
도 24는 본 개시의 제7 예시에 따라 복수의 NPU를 활용하는 예를 나타낸 예시도이다.
도 25는 도 12에 도시된 퓨전(fusion) 인공신경망을 도 24에 도시된 복수의 NPU를 통해 처리하는 예를 나타낸 예시도이다.1 and 2 are schematic conceptual diagrams illustrating an image fusion artificial neural network model according to an example of the present disclosure.
3 and 4 are schematic conceptual diagrams illustrating images generated through an image fusion artificial neural network model according to an example of the present disclosure.
Figure 5 is a schematic conceptual diagram explaining a neural processing unit according to an example of the present disclosure.
FIG. 6 is a schematic conceptual diagram explaining one processing element among the processing element array shown in FIG. 5.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a modified example of the neural processing unit shown in FIG. 5.
Figure 8 is a conceptual diagram illustrating an image fusion artificial neural network model according to an example of the present disclosure.
FIG. 9 is a diagram for explaining a partial structure of a GAN neural network constituting an image fusion artificial neural network model according to an example of the present disclosure.
FIG. 10 is a diagram for explaining the input data of the convolution layer shown in FIG. 9 and the kernel used for the convolution operation.
FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of a convolutional neural network that generates a feature map using the kernel shown in FIG. 10.
Figure 12 is a conceptual diagram illustrating an image fusion artificial neural network model according to an example of the present disclosure.
Figure 13 is an example diagram showing an NPU fusion method according to an example of the present disclosure.
Figure 14 is a conceptual diagram illustrating a system including an NPU architecture according to the first example of the present disclosure.
FIG. 15A is an example diagram illustrating skip-connection included in the image fusion artificial neural network model according to the first example of the present disclosure.
FIG. 15B is an example diagram showing artificial neural network data locality information of the image fusion artificial neural network model shown in FIG. 15A.
Figure 16 is a conceptual diagram illustrating a system including an NPU architecture according to a second example of the present disclosure.
Figure 17 is a conceptual diagram illustrating a system including an NPU architecture according to the third example of the present disclosure.
Figure 18 is a conceptual diagram illustrating a system including an NPU architecture according to the fourth example of the present disclosure.
FIG. 19 shows an example of dividing the image fusion artificial neural network model shown in FIG. 12 into threads according to the fourth example shown in FIG. 18.
Figure 20 is a conceptual diagram illustrating a system including an NPU architecture according to the fifth example of the present disclosure.
FIG. 21 is an exemplary diagram showing a first example of the pipeline structure of the SFU shown in FIG. 20.
FIG. 22A is an exemplary diagram showing an example of the SFU shown in FIG. 20.
FIG. 22b is an exemplary diagram showing another example of the SFU shown in FIG. 20.
Figure 23 is a conceptual diagram illustrating a system including an NPU architecture according to the sixth example of the present disclosure.
Figure 24 is an example diagram showing an example of utilizing a plurality of NPUs according to the seventh example of the present disclosure.
FIG. 25 is an example diagram showing an example of processing the fusion artificial neural network shown in FIG. 12 through a plurality of NPUs shown in FIG. 24.
본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 예시들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 개시는 이하에서 개시되는 예시들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 본 예시들은 본 개시의 개시가 완전하도록 하며, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 개시는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조부호가 사용될 수 있다.The advantages and features of the present disclosure and methods for achieving them will become clear by referring to the examples described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present disclosure is not limited to the examples disclosed below and will be implemented in various different forms. These examples are provided to ensure that the disclosure of the present disclosure is complete and to fully inform those skilled in the art of the scope of the invention to which the present disclosure pertains. The present disclosure is defined solely by the scope of the claims. In connection with the description of the drawings, similar reference numbers may be used for similar components.
본 개시에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.In the present disclosure, expressions such as “have,” “may have,” “includes,” or “may include” refer to the presence of the corresponding feature (e.g., component such as numerical value, function, operation, or part). , and does not rule out the existence of additional features.
본 개시에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.In the present disclosure, expressions such as “A or B,” “at least one of A or/and B,” or “one or more of A or/and B” may include all possible combinations of the items listed together. . For example, “A or B,” “at least one of A and B,” or “at least one of A or B” includes (1) at least one A, (2) at least one B, or (3) it may refer to all cases including both at least one A and at least one B.
본 개시에서 사용된 "제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 기재된 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.Expressions such as “first,” “second,” “first,” or “second,” used in the present disclosure can modify various components regardless of order and/or importance, and can refer to one component. It is only used to distinguish from other components and does not limit the components. For example, a first user device and a second user device may represent different user devices regardless of order or importance. For example, the first component may be renamed to the second component without departing from the scope of rights described in the present disclosure, and similarly, the second component may also be renamed to the first component.
어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.A component (e.g., a first component) is “(operatively or communicatively) coupled with/to” another component (e.g., a second component). When referred to as being “connected to,” it should be understood that any component may be directly connected to the other component or may be connected through another component (e.g., a third component). On the other hand, when a component (e.g., a first component) is said to be “directly connected” or “directly connected” to another component (e.g., a second component), It may be understood that no other component (e.g., a third component) exists between other components.
본 개시에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~ 를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것 만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된)프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.The expression “configured to” used in the present disclosure may mean, for example, “suitable for,” “having the capacity to,” depending on the situation. ," can be used interchangeably with "designed to," "adapted to," "made to," or "capable of." The term “configured (or set to)” may not necessarily mean “specifically designed to” in hardware. Instead, in some contexts, the expression “a device configured to” may mean that the device is “capable of” working with other devices or components. For example, the phrase "processor configured (or set) to perform A, B, and C" refers to a processor dedicated to performing the operations (e.g., an embedded processor), or by executing one or more software programs stored on a memory device. , may refer to a general-purpose processor (e.g., CPU or application processor) capable of performing the corresponding operations.
본 개시에서 사용된 용어들은 단지 특정한 예시를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 예시의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있다. 또한, 일반적인 사전에 정의된 용어들은 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 예시들을 배제하도록 해석될 수 없다.The terms used in this disclosure are merely used to describe specific examples and may not be intended to limit the scope of other examples. Singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise. Terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field described in this disclosure. Among the terms used in this disclosure, terms defined in general dictionaries may be interpreted to have the same or similar meaning as the meaning they have in the context of related technology. Additionally, terms defined in general dictionaries are not to be interpreted in an idealized or overly formal sense unless clearly defined in the present disclosure. In some cases, even terms defined in this disclosure cannot be interpreted to exclude examples of this disclosure.
본 개시의 여러 예시들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하다. 본 개시의 여러 예시들의 각각 특징들은 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 예시들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.Each feature of the various examples of the present disclosure can be partially or entirely combined or combined with each other. As can be fully understood by those skilled in the art, the features of the various examples of the present disclosure are technically capable of various interconnections and operations, and each example may be implemented independently of each other or may be implemented together in a related relationship.
본 개시의 해석의 명확함을 위해, 이하에서는 본 개시에서 사용되는 용어들을 정의하기로 한다.For clarity of interpretation of the present disclosure, terms used in the present disclosure will be defined below.
NPU는 신경 프로세싱 유닛(Neural Processing Unit)의 약어로서, CPU(Central processing unit)과 별개로 인공신경망 모델의 연산을 위해 특화된 프로세서를 의미할 수 있다.NPU is an abbreviation for Neural Processing Unit, and can refer to a processor specialized for calculating artificial neural network models, separate from the CPU (Central processing unit).
ANN은 인공신경망(artificial neural network)의 약어로서, 인간의 지능을 모방하기 위하여, 인간 뇌 속의 뉴런들(Neurons)이 시냅스(Synapse)를 통하여 연결되는 것을 모방하여, 노드들을 레이어(Layer: 계층) 구조로 연결시킨, 네트워크를 의미할 수 있다.ANN is an abbreviation for artificial neural network. In order to imitate human intelligence, neurons in the human brain are connected through synapses, forming nodes into layers. It can mean a network connected in a structure.
인공신경망 모델은 영상을 융합하기 위한 모델로, Image/Video Reconstruction, Image/Video Enhancement와 같은 추론을 수행하도록 훈련된 모델일 수 있다. An artificial neural network model is a model for fusing images and may be a model trained to perform inferences such as Image/Video Reconstruction and Image/Video Enhancement.
또한, 융합된 영상을 입력으로 하는 다른 인공신경망 모델은 Object Classification, Object Detection, Object Segmentation, Object Tracking, Event Recognition, Event Prediction, Anomaly Detection, Density Estimation, Event Search, Measurement 등의 추론을 수행하도록 훈련된 모델일 수 있다.In addition, other artificial neural network models that use fused images as input are trained to perform inferences such as Object Classification, Object Detection, Object Segmentation, Object Tracking, Event Recognition, Event Prediction, Anomaly Detection, Density Estimation, Event Search, and Measurement. It could be a model.
예를 들면, 인공신경망 모델은 Transformer, Bisenet, Shelfnet, Alexnet, Densenet, Efficientnet, EfficientDet, Googlenet, Mnasnet, Mobilenet, Resnet, Shufflenet, Squeezenet, VGG, Yolo, RNN, CNN, DBN, RBM, LSTM 등의 모델일 수 있다. 단, 본 개시는 이에 제한되지 않으며, NPU(100)에서 동작 가능한 이 외의 새로운 인공신경망 모델일 수 있다.For example, artificial neural network models include Transformer, Bisenet, Shelfnet, Alexnet, Densenet, Efficientnet, EfficientDet, Googlenet, Mnasnet, Mobilenet, Resnet, Shufflenet, Squeezenet, VGG, Yolo, RNN, CNN, DBN, RBM, LSTM, etc. It can be. However, the present disclosure is not limited to this, and may be a new artificial neural network model that can operate on the
인공신경망의 구조에 대한 정보는 레이어의 개수에 대한 정보, 레이어 내의 노드의 개수, 각 노드의 값, 연산 처리 방법에 대한 정보, 각 노드에 적용 되는 가중치 행렬에 대한 정보 등을 포함한다.Information about the structure of the artificial neural network includes information about the number of layers, the number of nodes within the layer, the value of each node, information about the calculation processing method, and information about the weight matrix applied to each node.
영상 융합 인공신경망 모델의 데이터 지역성에 대한 정보는 인공신경망 및 인공신경망을 처리하는 신경 프로세싱 유닛의 구조에 기초하여 결정된 메모리에 요청하는 데이터 접근 요청 순서를 포함하는 정보이다.Information about data locality of the image fusion artificial neural network model is information including the order of data access requests to memory determined based on the structure of the artificial neural network and the neural processing unit that processes the artificial neural network.
DNN은 심층 신경망(Deep Neural Network)의 약어로서, 보다 높은 인공 지능을 구현하기 위하여, 인공신경망의 은닉 레이어의 개수를 늘린 것을 의미할 수 있다.DNN is an abbreviation for Deep Neural Network, and can mean increasing the number of hidden layers of an artificial neural network to implement higher artificial intelligence.
CNN은 컨볼루션 신경망(Convolutional Neural Network)의 약어로서, 인간 뇌의 시각 피질에서 영상을 처리하는 것과 유사한 기능을 하는 신경망이다. 컨볼루션 신경망은 영상처리에 적합한 것으로 알려져 있으며, 입력 데이터의 특징들을 추출하고, 특징들의 패턴을 파악하기에 용이한 것으로 알려져 있다.CNN is an abbreviation for Convolutional Neural Network, and is a neural network that functions similar to image processing in the visual cortex of the human brain. Convolutional neural networks are known to be suitable for image processing and are known to be easy to extract features of input data and identify patterns of features.
커널은 CNN에 적용되는 가중치 행렬을 의미할 수 있다.Kernel may refer to a weight matrix applied to CNN.
칩-외부 메모리는 NPU 내부에는 메모리 크기가 한정적임을 고려하여 배치된 메모리일 수 있다. 즉, 용량이 큰 데이터 저장을 위해서 칩 외부에 메모리가 배치될 수 있다. 칩-외 부 메모리는 ROM, SRAM, DRAM, Resistive RAM, Magneto-resistive RAM, Phase- change RAM, Ferroelectric RAM, Flash Memory, HBM 등과 같은 메모리 중 하나의 메모리를 포함할 수 있다. 칩-외부 메모리는 적어도 하나의 메모리 유닛으로 구성될 수 있다. 칩-외부 메모리는 단일 (homogeneous) 메모리 유닛 또는 이종 (heterogeneous) 메모리 유닛으로 구성될 수 있다.The chip-external memory may be memory placed considering that the memory size inside the NPU is limited. That is, the memory may be placed outside the chip to store large-capacity data. Off-chip memory may include one of the following memories: ROM, SRAM, DRAM, Resistive RAM, Magneto-resistive RAM, Phase-change RAM, Ferroelectric RAM, Flash Memory, HBM, etc. The off-chip memory may consist of at least one memory unit. Off-chip memory may be comprised of a single (homogeneous) memory unit or a heterogeneous (heterogeneous) memory unit.
칩-내부 메모리는 NPU는 칩-내부 메모리를 포함할 수 있다. 칩-내부 메모리는 휘발성 메모리 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 예를 들면, 칩-내부 메모리는 ROM, SRAM, DRAM, Resistive RAM, Magneto-resistive RAM, Phase-change RAM, Ferroelectric RAM, Flash Memory, HBM 등과 같은 메모리 중 하나의 메모리를 포함할 수 있다. 칩-내부 메모리는 적어도 하나의 메모리 유닛으로 구성될 수 있다. 칩-내부 메모리는 단일(homogeneous) 메모리 유닛 또는 이종 (heterogeneous) 메모리 유닛으로 구성될 수 있다.Chip-internal memory The NPU may include chip-internal memory. On-chip memory may include volatile memory and/or non-volatile memory. For example, the chip-internal memory may include one of memories such as ROM, SRAM, DRAM, Resistive RAM, Magneto-resistive RAM, Phase-change RAM, Ferroelectric RAM, Flash Memory, HBM, etc. The chip-internal memory may be composed of at least one memory unit. The chip-internal memory may be composed of a single (homogeneous) memory unit or a heterogeneous (heterogeneous) memory unit.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 일 예시를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, an example of the present disclosure will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1 및 도 2는 본 개시의 일 예시에 따른 영상 융합 인공신경망 모델을 설명하는 개략적인 개념도이다. 1 and 2 are schematic conceptual diagrams illustrating an image fusion artificial neural network model according to an example of the present disclosure.
도 1을 참조하면, 신경 프로세싱 유닛(100)은 영상 융합 인공신경망 모델(101)의 연산을 수행하도록 구성된 프로세싱 엘리먼트(102)를 포함한다. 신경 프로세싱 유닛(100)은 두 개의 영상(제1 영상, 제2 영상)을 기초로 새로운 영상(제3 영상)을 생성할 수 있다. 제1 영상 및 제2 영상은 하나의 객체에 대한 서로 다른 영상으로, 이종의 센서에서 획득된 영상일 수 있다. 예를 들어, 이종의 센서는 가시광선 촬영용 이미지 센서, 적외선 촬영용 이미지 센서 등일 수 있다. Referring to FIG. 1 , the
가시광선 촬영용 이미지 센서는 R(Red, 적색), G(Green, 녹색), B(Blue, 청색) 픽셀을 통해 가시광 영역의 컬러 영상(color image)(제1 영상)을 획득한다. 적외선 촬영용 이미지 센서는 픽셀을 통해 열영상(Thermal color map)(제2 영상)을 획득할 수 있다. 일반적으로, 적외선 촬영용 이미지 센서는 가시광선보다 파장이 큰 에너지를 감지하기 때문에, 동일한 크기의 센서라도 픽셀 수, 즉 해상도가 낮을 수 밖에 없다. 본 개시에서는 높은 해상도의 적외선 촬영용 이미지 센서를 이용하지 않고도, 영상 융합 인공신경망 모델(101)을 통해 가시광선 촬영용 이미지 센서의 해상도를 만족하는 제3 영상을 생성할 수 있다. The image sensor for visible light photography acquires a color image (first image) in the visible light region through R (Red), G (Green), and B (Blue) pixels. An image sensor for infrared photography can acquire a thermal image (thermal color map) (second image) through pixels. In general, image sensors for infrared photography detect energy with a larger wavelength than visible light, so even if the sensor is the same size, the number of pixels, or resolution, is inevitably low. In the present disclosure, a third image that satisfies the resolution of the image sensor for visible light photography can be generated through the image fusion artificial neural network model 101 without using a high-resolution image sensor for infrared photography.
이에, 신경 프로세싱 유닛(100)은 서로 다른 해상도 및 영상 특성을 가지는 제1 영상 및 제2 영상을 입력하여, 새로운 제3 영상을 출력하도록 학습된 모델일 수 있다. 제3 영상은 제3 해상도는 제1 영상의 제1 해상도와 제2 영상의 제2 해상도 사이의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 영상의 제3 해상도는 제1 영상의 제1 해상도와 동일할 수 있다. 또한, 제3 영상의 제3 영상 특성은, 제1 영상의 영상 특성 또는 제2 영상의 제2 영상 특성과 적어도 일부 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 영상의 RGB 채널 각각의 제1 해상도가 1024 x 786이고, 제2 영상의 열화상 채널 제2 해상도가 100 x 60일 때, 제3 영상의 제3 해상도는 1024 x 786일 수 있다. 즉, 제3 영상의 해상도는 제1 영상의 사이즈 및 제1 해상도와 동일하고, 제3 영상 특성에는 제2 영상 특성에 대응되는 열영상이 적용될 수 있다. Accordingly, the
다른 예시에서, 신경 프로세싱 유닛(100)은 영상 융합 인공신경망 모델(101)이 상이한 입력 데이터를 이용할 수 있다. 구체적으로, 제1 영상이 컬러 영상인 경우, 신경 프로세싱 유닛(100)의 처리 속도가 증가할 수 있다. 그에 따라, 영상 융합 인공신경망 모델(101)은 제1 영상의 픽셀 별 밝기 값 만을 입력으로 하여, 컬러 영상을 입력으로 한 것과 동일한 제3 영상을 생성하면서도 신경 프로세싱 유닛(100)의 처리 속도를 단축시킬 수 있다. 즉, 영상 융합 인공신경망 모델(101)은 제1 영상의 RGB 값(3 channel) 또는 제1 영상의 픽셀 별 밝기 값(1 channel)만을 입력하도록 구성된 모델일 수 있다. In another example, the
이와 같이, 서로 다른 영상들의 특성을 조합하여 새로운 영상 생성이 가능한 영상 융합 인공신경망 모델(101)의 가중치 파라미터는 GAN(generative adversarial networks) 구조를 기초로 학습될 수 있다. GAN 구조는 가상의 영상 또는 실제 영상을 생성하는 생성기(generator)와 생성기에서 생성된 영상의 진위 여부를 판별하는 검증기(discriminator)로 구성된다. GAN은 생성기와 검증기가 서로의 성능을 개선하도록 적대적으로 경쟁해 나가는 모델일 수 있다. 구체적으로, 생성기는 실제 영상(real data)를 검증기에 제공하여 검증기가 해당 영상을 진짜로 판별하도록 학습하고, 두 번째로 생성기에서 생성한 가상의 영상(fake data)를 입력하여 검증기가 해당 영상을 가짜로 판별하도록 학습할 수 있다. 그리고, 생성기는 이 후 검증기를 속이기 위한 가상의 영상을 만들어 내도록 학습함으로써, 서로 간의 경쟁에 따라 조화로운 영상을 생성하도록 발전할 수 있다. In this way, the weight parameters of the image fusion artificial neural network model 101, which can generate new images by combining the characteristics of different images, can be learned based on the GAN (generative adversarial networks) structure. The GAN structure consists of a generator that generates virtual images or real images, and a verifier (discriminator) that determines the authenticity of the images generated by the generator. GAN can be a model in which generators and verifiers compete adversarially to improve each other's performance. Specifically, the generator provides real images (real data) to the verifier so that the verifier learns to determine the image as real, and secondly, it inputs virtual images (fake data) generated by the generator so that the verifier determines the image to be fake. You can learn to discriminate. In addition, the generator learns to create virtual images to deceive the verifier, so that it can evolve to generate harmonious images according to competition between them.
즉, 학습 단계에서, 영상 융합 인공신경망 모델(101)은 GAN을 구성하는 생성기 및 검증기가 상호 경쟁하여 제3 영상의 제3 해상도를 높이기 위한 가중치를 업데이트하도록 구성된 모델일 수 있다. That is, in the learning stage, the image fusion artificial neural network model 101 may be a model in which the generator and verifier constituting the GAN compete with each other to update weights to increase the third resolution of the third image.
본 개시에서는 신경 프로세싱 유닛(100)의 메모리 사용량을 최소화하기 위해 분류기(generator)를 통한 영상 생성 학습은 별도의 장치/서버(미도시)에서 수행할 수 있다. 그리고, 신경 프로세싱 유닛(100)이 연산하는 영상 융합 인공신경망 모델(101)은 하나의 객체에 대한 서로 다른 영상(예. 1. 고해상도 가시광 영상, 2. 저해상도 열영상)을 입력으로 하여 새로운 영상(예. 고해상도 열영상)을 생성하도록 구성된 생성기(generator)에 대응될 수 있다.In the present disclosure, in order to minimize memory usage of the
한편, 영상 융합 인공신경망 모델(101)은 제1 영상 및 제2 영상과 실질적으로 유사한 학습 데이터를 세트를 기초로 학습될 수 있다. 즉, 학습에 사용되는 영상과 이후, 새로운 영상 생성을 위해 수신되는 영상은 상이할 수 있다. Meanwhile, the image fusion artificial neural network model 101 may be learned based on a set of learning data that is substantially similar to the first image and the second image. That is, the image used for learning and the image received later to create a new image may be different.
이하, 영상 융합 인공신경망 모델을 통해 생성되는 영상을 예시적으로 설명한다.Hereinafter, an image generated through an image fusion artificial neural network model will be described as an example.
도 3 및 도 4는 본 개시의 일 예시에 따른 영상 융합 인공신경망 모델을 통해 생성된 영상을 설명하는 개략적인 개념도이다.3 and 4 are schematic conceptual diagrams illustrating images generated through an image fusion artificial neural network model according to an example of the present disclosure.
도 3을 참조하면, 영상 융합 인공신경망 모델은 이종의 센서에서 획득된 영상들을 입력으로 할 수 있다. 예를 들어, 이종의 센서는 가시광 촬영용 이미지 센서, 적외선 촬영용 이미지 센서 등일 수 있다. 영상 융합 인공신경망 모델은 하나의 객체에 대해 서로 다른 이미지 센서로 획득된 제1 영상 및 제2 영상을 입력으로 할 수 있다. 그리고, 영상 융합 인공신경망 모델은 이종의 이미지 센서에서 획득된 영상들을 기초로 이미지 센서 별 영상 특성이 융합된 영상을 생성할 수 있다. 즉, 영상 융합 인공신경망 모델은 제1 영상의 사이즈, 해상도는 유지하면서, 제2 영상의 온도 정보(제2 영상 특성)가 반영된 제3 영상을 생성할 수 있다. Referring to FIG. 3, the image fusion artificial neural network model can use images acquired from heterogeneous sensors as input. For example, the heterogeneous sensor may be an image sensor for visible light photography, an image sensor for infrared photography, etc. The image fusion artificial neural network model may use as input the first image and the second image acquired by different image sensors for one object. Additionally, the image fusion artificial neural network model can generate an image in which image characteristics of each image sensor are fused based on images acquired from heterogeneous image sensors. That is, the image fusion artificial neural network model can generate a third image in which temperature information (second image characteristics) of the second image is reflected while maintaining the size and resolution of the first image.
다른 예시에서, 영상 융합 인공신경망 모델은 제1 영상에서 결정 가능한 적어도 하나의 특징과 제2 영상에서 결정 가능한 적어도 하나의 특징을 강조하기 위한 가중치가 적용된 모델일 수 있다. 구체적으로, 신경 프로세싱 유닛(100)은 제1 영상과 제2 영상의 특징을 생성할 수 있다. 일 예로, 신경 프로세싱 유닛(100)은 컬러 영상인, 제1 영상에서 고해상도의 엣지 컨텐츠의 특징을 추론한 특징맵을 생성할 수 있다. 특징맵은 히트맵(heatmap), 활성화맵, 또는 파라미터 등으로 지칭될 수 있다. In another example, the image fusion artificial neural network model may be a model to which weights are applied to emphasize at least one feature that can be determined in the first image and at least one feature that can be determined in the second image. Specifically, the
또한, 신경 프로세싱 유닛(100)은 열영상인, 제2 영상에서 온도에 따른 세그멘테이션을 추론한 특징맵을 생성할 수 있다. 이어서 고해상도의 엣지 특징맵과 저해상도의 온도 세그멘테이선 특징맵을 기초로 고해상도의 열영상의 영상 융합을 처리할 수 있다. Additionally, the
몇몇 예시로는, 신경 프로세싱 유닛(100)은 제1 영상의 특징으로 객체의 존재를 더 검출할 수 있고, 제2 영상의 특징으로, 온도가 임계 값 이상인 영역을 결정할 수 있다. 그에 따라, 영상 융합 인공신경망 모델은 각각의 영상에서 결정 가능한 특징에 가중치를 적용한 새로운 영상을 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 4와 같이, 신경 프로세싱 유닛(100)은 제1 영상 내 객체(사람)를 검출하고, 객체가 검출된 영역 내에서 특정 온도 이상인 영역만 열 영상화할 수 있다. 즉, 신경 프로세싱 유닛(100)은 제1 영상의 적어도 일부 영역에 제2 영상에서 결정 가능한 적어도 하나의 특징이 적용된 제3 영상 생성할 수 있다.As some examples, the
한편, 이와 같이 일부 영역에 한정된 고해상도의 열 영상을 생성하기 위해, 신경 프로세싱 유닛(100)의 프로세싱 엘리먼트 어레이는 Dilated Convolution, Transposed Convolution, 및 Bilinear Interpolation 연산 중 적어도 하나의 연산을 처리하도록 구성될 수 있다. Meanwhile, in order to generate high-resolution thermal images limited to some areas, the processing element array of the
또 다른 예시에서, 신경 프로세싱 유닛(100)은 하나의 객체를 촬영한 제1 영상 및 제 2 영상에서 얼굴 영역에 대응되는 제1 부분 영상 및 제2 부분 영상을 추출할 수 있다. 그에 따라, 신경 프로세싱 유닛(100)은 제1 부분 영상 및 제2 부분 영상만을 입력하도록 구성된 인공신경망 유닛을 이용하여 얼굴에만 영상 특징의 융합된 영상을 생성할 수도 있다. In another example, the
이와 같이, 신경 프로세시 유닛(100)이 사람의 얼굴 영역에만 상이한 영상 특징을 적용시킨 영상을 융합 생성함으로써, 개인정보를 보호할 수 있다. In this way, personal information can be protected by the
이하, 영상 융합 인공신경망 모델의 연산을 수행하는 신경 프로세싱 유닛(100)에 대하여 설명한다.Hereinafter, the
도 5는 본 개시의 일 예시에 따른 신경 프로세싱 유닛을 설명하는 개략적인 개념도이다. 5 is a schematic conceptual diagram illustrating a neural processing unit according to an example of the present disclosure.
도 5에 도시된, NPU(100)는 영상 융합 인공신경망 모델을 위한 동작을 수행하도록 특화된 프로세서이다. The
인공신경망은 여러 입력 또는 자극이 들어오면 각각 가중치를 곱해 더해주고, 추가적으로 편차를 더한 값을 활성화 함수를 통해 변형하여 전달하는 인공 뉴런들이 모인 네트워크를 의미한다. 이렇게 학습된 인공신경망은 입력 데이터로부터 추론(inference) 결과를 출력하는데 사용될 수 있다. An artificial neural network refers to a network of artificial neurons that, when multiple inputs or stimuli come in, multiply each by its weight and add it, and additionally transform and transmit the added value through an activation function. The artificial neural network learned in this way can be used to output inference results from input data.
NPU(100)는 전기/전자 회로로 구현된 반도체일 수 있다. 전기/전자 회로라 함은 수많은 전자 소자, (예컨대 트렌지스터, 커패시터)를 포함하는 것을 의미할 수 있다. The
도 5를 참조하면, NPU(100)는 프로세싱 엘리먼트(processing element: PE) 레이(110), NPU 내부 메모리(120), NPU 스케줄러(130), 및 NPU 인터페이스(140)를 포함할 수 있다. 프로세싱 엘리먼트 어레이(110), NPU 내부 메모리(120), NPU 스케줄러(130), 및 NPU 인터페이스(140) 각각은 수많은 트렌지스터들이 연결된 반도체 회로일 수 있다. 따라서, 이들 중 일부는 육안으로는 식별되어 구분되기 어려울 수 있고, 동작에 의해서만 식별될 수 있다. 예컨대, 임의 회로는 프로세싱 엘리먼트 어레이(110)으로 동작하기도 하고, 혹은 NPU 스케줄러(130)로 동작될 수도 있다. NPU 스케줄러(130)는 NPU(100)의 인공신경망 추론 동작을 제어하도록 구성된 제어부의 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 부연 설명하면, 제어부의 일부는 스케줄러(130)로 지칭될 수 있다. NPU 스케줄러(130)는 제어부의 일부일 수 있다. NPU 스케줄러(130)는 제어부로 지칭되는 것도 가능하다. 제어부는 NPU 스케줄러(130)를 포함할 수 있다. 제어부는 direct memory access(DMA) 등 NPU(100)의 다양한 제어 기능들을 하는 회로의 통칭일 수 있다. 회로의 기능에 의해서 제어부가 정의되는 것도 가능하다. 부연 설명하면, 제어부가 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성에 기초하여 인공신경망 모델의 각 연산 단계의 순서에 따라 프로세싱 엘리먼트 어레이(110)를 제어하는 회로를 NPU 스케줄러(130)로 정의할 수 있다. Referring to FIG. 5, the
NPU(100)는 프로세싱 엘리먼트 어레이(110), 프로세싱 엘리먼트 어레이(110)에서 추론될 수 있는 영상 융합 인공신경망 모델을 저장하도록 구성된 NPU 내부 메모리(120), 및 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보에 기초하여 프로세싱 엘리먼트 어레이(110) 및 NPU 내부 메모리(120)를 제어하도록 구성된 NPU 스케줄러(130)를 포함할 수 있다. 여기서, NPU 내부 메모리(120)는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보를 저장할 수 있다. 즉, 영상 융합 인공신경망 모델은 특정 추론 기능(예컨대, 영상 융합, 객체의 움직임, 객체의 자세, 동작 추적 등)을 수행하도록 학습된 AI 인식모델을 의미할 수 있다. The
프로세싱 엘리먼트 어레이(110)는 인공신경망을 위한 동작을 수행할 수 있다. The
NPU 인터페이스(140)는 시스템 버스(예컨대, 하나 이상의 통신 버스 또는 신호 라인)를 통해서 NPU(100)와 연결된 다양한 컴포넌트들, 예컨대 메모리와 통신할 수 있다. NPU interface 140 may communicate with various components connected to
NPU 스케줄러(130)는 신경 프로세싱 유닛(100)의 추론 연산을 위한 프로세싱 엘리먼트 어레이(100)의 연산 및 NPU 내부 메모리(120)의 읽기 및 쓰기 순서를 제어하도록 구성된다. The
NPU 스케줄러(130)는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보에 기초하여 프로세싱 엘리먼트 어레이(100) 및 NPU 내부 메모리(120)을 제어하도록 구성될 수 있다. The
NPU 스케줄러(130)는 프로세싱 엘리먼트 어레이(100)에서 작동할 영상 융합 인공신경망 모델의 구조를 분석하거나 또는 이미 분석된 정보를 제공받을 수 있다. 분석된 정보는 머신 코드에 포함될 수 있다. 예를 들면, 영상 융합 인공신경망 모델이 포함할 수 있는 인공신경망의 데이터는 각각의 레이어의 노드 데이터(즉, 특징맵), 레이어들의 배치 데이터, 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보, 각각의 레이어의 노드를 연결하는 연결망 각각의 가중치 데이터 (즉, 가중치 커널) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 인공신경망의 데이터는 NPU 스케줄러(130) 내부에 제공되는 메모리 또는 NPU 내부 메모리(120)에 저장될 수 있다. NPU 스케줄러(130)는 머신 코드에 의해서 동작될 수 있다. The
NPU 스케줄러(130)는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보에 기초하여 NPU(100)가 수행할 영상 융합 인공신경망 모델의 연산 순서를 스케줄링 할 수 있다. 머신 코드는 스케줄링 데이터를 포함할 수 있다. NPU 스케줄러(130)는 머신 코드에 포함된 스케줄링에 따라서 동작할 수 있다. 즉, NPU 스케줄러(130)는 머신 코드에 의해서 동작하도록 구성될 수 있다.The
NPU 스케줄러(130)는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보에 기초하여 영상 융합 인공신경망 모델의 레이어의 특징맵 및 가중치 데이터가 저장된 메모리 어드레스 값을 획득할 수 있다. 예를 들면, NPU 스케줄러(130)는 메모리에 저장된 영상 융합 인공신경망 모델의 레이어의 특징맵 및 가중치 데이터가 저장된 메모리 어드레스 값을 획득할 수 있다. 따라서 NPU 스케줄러(130)는 구동할 영상 융합 인공신경망 모델의 레이어의 특징맵 및 가중치 데이터를 메모리(200)에서 가져와서 NPU 내부 메모리(120)에 저장할 수 있다. The
각각의 레이어의 특징맵은 대응되는 각각의 메모리 어드레스 값을 가질 수 있다. The feature map of each layer may have a corresponding memory address value.
각각의 가중치 데이터는 대응되는 NPU 내부 메모리(120)의 각각의 메모리 어드레스 값을 가질 수 있다.Each weight data may have a respective memory address value of the corresponding NPU
NPU 스케줄러(130)는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보, 예를 들면, 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망의 레이어들의 배치 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보에 기초해서 프로세싱 엘리먼트 어레이(110)의 연산 순서를 스케줄링 할 수 있다.The
NPU 스케줄러(130)는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보에 기초하여 스케줄링 하기 때문에, 일반적인 CPU의 스케줄링 개념과 다르게 동작할 수 있다. 일반적인 CPU의 스케줄링은 공평성, 효율성, 안정성, 반응 시간 등을 고려하여, 최상의 효율을 낼 수 있도록 동작한다. 즉, 우선 순위, 연산 시간 등을 고려해서 동일 시간내에 가장 많은 프로세싱을 수행하도록 스케줄링 한다. Since the
종래의 CPU는 각 프로세싱의 우선 순서, 연산 처리 시간 등의 데이터를 고려하여 작업을 스케줄링 하는 알고리즘을 사용하였다. Conventional CPUs used an algorithm to schedule tasks by considering data such as priority order of each processing and operation processing time.
이와 다르게 NPU 스케줄러(130)는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보에 기초하여 결정된 NPU(100)의 프로세싱 순서대로 NPU(100)를 제어할 수 있다.Differently, the
더 나아가면, NPU 스케줄러(130)는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보 및/또는 사용하려는 신경 프로세싱 유닛(100)의 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보에 기초하여 결정된 프로세싱 순서대로 NPU(100)를 구동할 수 있다. Furthermore, the
단, 본 개시는 NPU(100)의 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보에 제한되지 않는다. However, the present disclosure is not limited to information on data locality or structure of the
NPU 스케줄러(130)는 인공신경망의 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보를 저장하도록 구성될 수 있다. The
즉, NPU 스케줄러(130)는 적어도 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보만 활용하더라도 프로세싱 순서를 결정할 수 있다. In other words, the
더 나아가서, NPU 스케줄러(130)는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보 및 NPU(100)의 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보를 고려하여 NPU(100)의 프로세싱 순서를 결정할 수 있다. 또한, 결정된 프로세싱 순서대로 NPU(100)의 프로세싱 최적화도 가능하다. Furthermore, the
프로세싱 엘리먼트 어레이(110)는 인공신경망의 특징맵과 가중치 데이터를 연산하도록 구성된 복수의 프로세싱 엘리먼트들(PE1 to PE12)이 배치된 구성을 의미한다. 각각의 프로세싱 엘리먼트는 MAC (multiply and accumulate) 연산기 및/또는 ALU (Arithmetic Logic Unit) 연산기를 포함할 수 있다. 단, 본 개시에 따른 예시들은 이에 제한되지 않는다.The
도 5에서는 예시적으로 복수의 프로세싱 엘리먼트들이 도시되었지만, 하나의 프로세싱 엘리먼트 내부에 MAC을 대체하여, 복수의 곱셈기(multiplier) 및 가산기 트리(adder tree)로 구현된 연산기들이 병렬로 배치되어 구성되는 것도 가능하다. 이러한 경우, 프로세싱 엘리먼트 어레이(110)는 복수의 연산기를 포함하는 적어도 하나의 프로세싱 엘리먼트로 지칭되는 것도 가능하다.Although a plurality of processing elements are exemplarily shown in FIG. 5, instead of a MAC, inside one processing element, operators implemented as a plurality of multipliers and adder trees are arranged in parallel. possible. In this case, the
프로세싱 엘리먼트 어레이(110)는 복수의 프로세싱 엘리먼트들(PE1 to PE12)을 포함하도록 구성된다. 도 3에 도시된 복수의 프로세싱 엘리먼트들(PE1 to PE12)은 단지 설명의 편의를 위한 예시이며, 복수의 프로세싱 엘리먼트들(PE1 to PE12)의 개수는 제한되지 않는다. 복수의 프로세싱 엘리먼트들(PE1 to PE12)의 개수에 의해서 프로세싱 엘리먼트 어레이(110)의 크기 또는 개수가 결정될 수 있다. 프로세싱 엘리먼트 어레이(110)의 크기는 N x M 행렬 형태로 구현될 수 있다. 여기서 N 과 M은 0보다 큰 정수이다. 프로세싱 엘리먼트 어레이(110)는 N x M 개의 프로세싱 엘리먼트를 포함할 수 있다. 즉, 프로세싱 엘리먼트는 1개 이상일 수 있다.The
프로세싱 엘리먼트 어레이(110)의 크기는 NPU(100)이 작동하는 영상 융합 인공신경망 모델의 특성을 고려하여 설계할 수 있다. 따라서, 프로세싱 엘리먼트 어레이(110)의 가동률(utilization rate %)이 향상될 수 있다.The size of the
프로세싱 엘리먼트 어레이(110)는 인공신경망 연산에 필요한 덧셈, 곱셈, 누산 등의 기능을 수행하도록 구성된다. 다르게 설명하면, 프로세싱 엘리먼트 어레이(110)는 MAC(multiplication and accumulation) 연산을 수행하도록 구성될 수 있다.The
프로세싱 엘리먼트 어레이(110)는 MAC 연산 결과를 양자화해서 출력하도록 구성될 수 있다. 단, 본 개시의 예시들은 이에 제한되지 않는다. The
NPU 내부 메모리(120)은 메모리 크기와 영상 융합 인공신경망 모델의 데이터 크기에 따라 영상 융합 인공신경망 모델의 전부 또는 일부를 저장할 수 있다.The NPU
이하, 프로세싱 엘리먼트 어레이(110) 중 제1 프로세싱 엘리먼트(PE1)를 예를 들어 설명한다.Hereinafter, the first processing element PE1 of the
도 6은 도 5에 도시된 프로세싱 엘리먼트 어레이 중 하나의 프로세싱 엘리먼트를 설명하는 개략적인 개념도이다.FIG. 6 is a schematic conceptual diagram explaining one processing element among the processing element array shown in FIG. 5.
도 6을 참조하면, 제1 프로세싱 엘리먼트(PE1)는 곱셈기(111), 가산기(112), 누산기(113), 및 비트 양자화 유닛(114)을 포함할 수 있다. 단, 본 개시에 따른 예시들은 이에 제한되지 않으며, 프로세싱 엘리먼트 어레이(110)는 인공신경망의 연산 특성을 고려하여 변형 실시될 수도 있다.Referring to FIG. 6 , the first processing element PE1 may include a multiplier 111, an adder 112, an accumulator 113, and a bit quantization unit 114. However, examples according to the present disclosure are not limited thereto, and the
곱셈기(111)는 입력 받은 (N)bit 데이터와 (M)bit 데이터를 곱한다. 곱셈기(111)의 연산 값은 (N+M)bit 데이터로 출력된다. The multiplier 111 multiplies the input (N) bit data and (M) bit data. The operation value of the multiplier 111 is output as (N+M) bit data.
곱셈기(111)는 하나의 변수와 하나의 상수를 입력 받도록 구성될 수 있다. The multiplier 111 may be configured to receive one variable and one constant as input.
누산기(113)는 (L)loops 횟수만큼 가산기(112)를 사용하여 곱셈기(111)의 연산 값과 누산기(113)의 연산 값을 누산 한다. 따라서 누산기(113)의 출력부와 입력 회로의 데이터의 비트 폭은 (N+M+log2(L))bit로 출력될 수 있다. 여기서 L은 0보다 큰 정수이다.The accumulator 113 accumulates the operation value of the multiplier 111 and the operation value of the accumulator 113 using the adder 112 the number of (L) loops. Therefore, the bit width of the data of the output and input circuits of the accumulator 113 can be output as (N+M+log2(L)) bits. Here, L is an integer greater than 0.
누산기(113)는 누산이 종료되면, 초기화 신호(initialization reset)를 인가받아서 누산기(113) 내부에 저장된 데이터를 0으로 초기화 할 수 있다. 단, 본 개시에 따른 예시들은 이에 제한되지 않는다.When accumulation is completed, the accumulator 113 can receive an initialization reset signal and initialize the data stored inside the accumulator 113 to 0. However, examples according to the present disclosure are not limited thereto.
비트 양자화 유닛(114)은 누산기(113)에서 출력되는 데이터의 비트 폭을 저감할 수 있다. 비트 양자화 유닛(114)은 NPU 스케줄러(130)에 의해서 제어될 수 있다. 양자화된 데이터의 비트 폭은 (X)bit로 출력될 수 있다. 여기서 X는 0보다 큰 정수이다. 상술한 구성에 따르면, 프로세싱 엘리먼트 어레이(110)는 MAC 연산을 수행하도록 구성되고, 프로세싱 엘리먼트 어레이(110)는 MAC 연산 결과를 양자화해서 출력할 수 있는 효과가 있다. 특히 이러한 양자화는 (L)loops가 증가할수록 소비 전력을 더 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한 소비 전력이 저감되면 발열도 저감할 수 있는 효과가 있다. 특히 발열을 저감하면 NPU(100)의 고온에 의한 오동작 발생 가능성을 저감할 수 있는 효과가 있다.The bit quantization unit 114 can reduce the bit width of data output from the accumulator 113. The bit quantization unit 114 may be controlled by the
비트 양자화 유닛(114)의 출력 데이터(X)bit은 다음 레이어의 노드 데이터 또는 합성곱의 입력 데이터가 될 수 있다. 만약 영상 융합 인공신경망 모델이 양자화되었다면, 비트 양자화 유닛(114)은 양자화된 특징맵 및/또는 가중치를 영상 융합 인공신경망 모델에서 제공받도록 구성될 수 있다. 단, 이에 제한되지 않으며, NPU 스케줄러(130)는 영상 융합 인공신경망 모델을 분석하여 양자화된 정보를 추출하도록 구성되는 것도 가능하다. 따라서 양자화된 데이터 크기에 대응되도록, 출력 데이터(X)bit를 양자화 된 비트 폭으로 변환하여 출력될 수 있다. 비트 양자화 유닛(114)의 출력 데이터(X)bit는 양자화된 비트 폭으로 NPU 내부 메모리(120)에 저장될 수 있다. The output data (X) bit of the bit quantization unit 114 may be node data of the next layer or input data of convolution. If the image fusion artificial neural network model is quantized, the bit quantization unit 114 may be configured to receive quantized feature maps and/or weights from the image fusion artificial neural network model. However, it is not limited to this, and the
즉, 본 개시의 일 예시에 따른 NPU(100)의 프로세싱 엘리먼트 어레이(110)는 곱셈기(111), 가산기(112), 누산기(113), 및 비트 양자화 유닛(114)을 포함할 수 있다. That is, the
이하, 본 개시의 NPU(100)의 다른 예시에 대하여 설명한다. Hereinafter, another example of the
도 7은 도 5에 도시된 신경 프로세싱 유닛의 변형 예를 나타낸 개념도이다. FIG. 7 is a conceptual diagram showing a modified example of the neural processing unit shown in FIG. 5.
도 7을 설명하기에 앞서, 도 7에 도시된 NPU(100)은 도 5에 예시적으로 도시된 프로세싱 유닛(100)과 비교하면, 프로세싱 엘리먼트 어레이(110)를 제외하곤 실질적으로 동일하기 때문에, 이하 설명의 편의를 위해서 중복 설명은 생략한다. Before describing FIG. 7, since the
도 7을 참조하면, 엘리먼트 어레이(110)는 복수의 프로세싱 엘리먼트들(PE1 to PE12) 외에, 각각의 프로세싱 엘리먼트들(PE1 to PE12)에 대응되는 각각의 레지스터 파일들(RF1 to RF12)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, in addition to a plurality of processing elements (PE1 to PE12), the
다만, 도 7에 도시된 복수의 프로세싱 엘리먼트들(PE1 to PE12) 및 복수의 레지스터 파일들(RF1 to RF12)은 단지 설명의 편의를 위한 예시이며, 복수의 프로세싱 엘리먼트들(PE1 to PE12) 및 복수의 레지스터 파일들(RF1 to RF12)의 개수는 제한되지 않는다. However, the plurality of processing elements (PE1 to PE12) and the plurality of register files (RF1 to RF12) shown in FIG. 7 are merely examples for convenience of explanation, and the plurality of processing elements (PE1 to PE12) and the plurality of register files (RF1 to RF12) are only examples for convenience of explanation. The number of register files (RF1 to RF12) is not limited.
복수의 프로세싱 엘리먼트들(PE1 to PE12) 및 복수의 레지스터 파일들(RF1 to RF12)의 개수에 의해서 프로세싱 엘리먼트 어레이(110)의 크기 또는 개수가 결정될 수 있다. 프로세싱 엘리먼트 어레이(110) 및 복수의 레지스터 파일들(RF1 to RF12)의 크기는 N x M 행렬 형태로 구현될 수 있다. 여기서 N 과 M은 0보다 큰 정수이다.The size or number of the
프로세싱 엘리먼트 어레이(110)의 어레이 크기는 NPU(100)이 작동하는 영상 융합 인공신경망 모델의 특성을 고려하여 설계할 수 있다. 부연 설명하면, 레지스터 파일의 메모리 크기는 작동할 영상 융합 인공신경망 모델의 데이터 크기, 요구되는 동작 속도, 요구되는 소비 전력 등을 고려하여 결정될 수 있다. The array size of the
NPU(100)의 레지스터 파일들(RF1 to RF12)은 프로세싱 엘리먼트들(PE1 to PE12)과 직접 연결된 정적 메모리 유닛이다. 레지스터 파일들(RF1 to RF12)은 예를 들면, 플립플롭, 및/또는 래치 등으로 구성될 수 있다. 레지스터 파일들(RF1 to RF12)은 대응되는 프로세싱 엘리먼트들(PE1 to PE12)의 MAC 연산 값을 저장하도록 구성될 수 있다. 레지스터 파일들(RF1 to RF12)은 NPU 내부 메모리(120)와 가중치 데이터 및/또는 노드 데이터를 제공하거나 제공받도록 구성될 수 있다.The register files (RF1 to RF12) of the NPU (100) are static memory units directly connected to the processing elements (PE1 to PE12). Register files (RF1 to RF12) may be composed of, for example, flip-flops and/or latches. Register files (RF1 to RF12) may be configured to store MAC operation values of corresponding processing elements (PE1 to PE12). Register files (RF1 to RF12) may be configured to provide or receive NPU
레지스터 파일들(RF1 to RF12)은 MAC 연산 시 누산기의 임시 메모리의 기능을 수행하도록 구성되는 것도 가능하다.The register files (RF1 to RF12) can also be configured to perform the function of the accumulator's temporary memory during MAC operation.
레지스터 파일들(RF1 to RF12)은 연산이 끝난 특징맵을 임시 저장한 다음, 다음 연산에서 상기 특징맵을 재사용하여 전력 소비를 저감하는 것도 가능하다.Register files (RF1 to RF12) can temporarily store feature maps that have been computed, and then reuse the feature maps in the next operation to reduce power consumption.
이하, NPU(100)에서 작동될 수 있는 예시적인 영상 융합 인공신경망 모델(110-10)의 연산에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the exemplary image fusion artificial neural network model 110-10 that can be operated on the
도 8은 본 개시의 일 예시에 따른 영상 융합 인공신경망 모델을 예시적으로 나타낸 개념도이다. Figure 8 is a conceptual diagram illustrating an image fusion artificial neural network model according to an example of the present disclosure.
도 8의 영상 융합 인공신경망 모델(110-10)은 도 5 또는 도 7에 도시된 NPU(100)에서 학습되거나 별도의 기계 학습 장치에서 학습된 인공신경망일 수 있다. 영상 융합 인공신경망 모델(110-10)은 영상 속 객체의 움직임, 자세 추정 등 다양한 추론 기능을 수행하도록 학습된 인공신경망일 수 있다.The image fusion artificial neural network model 110-10 of FIG. 8 may be an artificial neural network learned in the
영상 융합 인공신경망 모델(110-10)은 심층 신경망(DNN, Deep Neural Network)일 수 있다. 단, 본 개시의 예시들에 따른 영상 융합 인공신경망 모델(110-10)은 심층 신경망에 제한되지 않는다. The image fusion artificial neural network model 110-10 may be a deep neural network (DNN). However, the image fusion artificial neural network model 110-10 according to examples of the present disclosure is not limited to deep neural networks.
예를 들면, 영상 융합 인공신경망 모델은 Image/Video Reconstruction, Image/Video Enhancement와 같은 추론을 수행하도록 훈련된 모델일 수 있다. For example, an image fusion artificial neural network model may be a model trained to perform inference such as Image/Video Reconstruction or Image/Video Enhancement.
또한, 융합된 영상을 입력으로 하는 다른 인공신경망 모델은 Super-resolution, Upscaling, Image fusion, Object Classification, Object Detection, Object Segmentation, Object Tracking, Event Recognition, Event Prediction, Anomaly Detection, Density Estimation, Event Search, Measurement 등의 추론을 수행하도록 훈련된 모델일 수 있다.In addition, other artificial neural network models that use fused images as input include Super-resolution, Upscaling, Image fusion, Object Classification, Object Detection, Object Segmentation, Object Tracking, Event Recognition, Event Prediction, Anomaly Detection, Density Estimation, Event Search, It may be a model trained to perform inference such as measurement.
예를 들면, 영상 융합 인공신경망 모델은 Transformer, Bisenet, Shelfnet, Alexnet, Densenet, Efficientnet, EfficientDet, Googlenet, Mnasnet, Mobilenet, Resnet, Shufflenet, Squeezenet, VGG, Yolo, RNN, CNN, DBN, RBM, LSTM 등의 모델일 수 있다. 단, 단, 본 개시는 이에 제한되지 않으며, NPU(100)에서 동작 가능한 이 외의 새로운 인공신경망 모델일 수 있다.For example, image fusion artificial neural network models include Transformer, Bisenet, Shelfnet, Alexnet, Densenet, Efficientnet, EfficientDet, Googlenet, Mnasnet, Mobilenet, Resnet, Shufflenet, Squeezenet, VGG, Yolo, RNN, CNN, DBN, RBM, LSTM, etc. It may be a model of However, the present disclosure is not limited to this, and may be a new artificial neural network model that can be operated on the
다양한 예시에서, 영상 융합 인공신경망 모델(110-10)은 적어도 두 개의 서로 다른 모델들에 기초한 앙상블 모델일 수도 있다.In various examples, the image fusion artificial neural network model 110-10 may be an ensemble model based on at least two different models.
영상 융합 인공신경망 모델(110-10)의 각 레이어의 가중치 값, 노드 값, 누산된 값, 특징맵, 가중치 등의 파라미터의 적어도 일부는 NPU(100)의 NPU 내부 메모리(120)에 저장될 수 있다. At least some of the parameters such as weight values, node values, accumulated values, feature maps, and weights of each layer of the image fusion artificial neural network model 110-10 may be stored in the NPU
구체적으로, 도 8을 참조하면, 영상 융합 인공신경망 모델(110-10)에 의한 추론 과정은 NPU(100)에 의해서 수행될 수 있다. Specifically, referring to FIG. 8, the inference process using the image fusion artificial neural network model 110-10 may be performed by the
영상 융합 인공신경망 모델(110-10)은 입력 레이어(110-11), 제1 연결망(110-12), 제1 은닉 레이어(110-13), 제2 연결망(110-14), 제2 은닉 레이어(110-15), 제3 연결망(110-16), 및 출력 레이어(110-17)을 포함하는 예시적인 심층 신경망 모델이다. 단, 본 개시는 도 8에 도시된 영상 융합 인공신경망 모델에만 제한되는 것은 아니다. 제1 은닉 레이어(110-13) 및 제2 은닉 레이어(110-15)는 복수의 은닉 레이어로 지칭되는 것도 가능하다.The image fusion artificial neural network model (110-10) includes an input layer (110-11), a first connection network (110-12), a first hidden layer (110-13), a second connection network (110-14), and a second hidden layer. An exemplary deep neural network model includes a layer 110-15, a third network 110-16, and an output layer 110-17. However, the present disclosure is not limited to the image fusion artificial neural network model shown in FIG. 8. The first hidden layer 110-13 and the second hidden layer 110-15 may also be referred to as a plurality of hidden layers.
입력 레이어(110-11)는 예시적으로, x1 및 x2 입력 노드를 포함할 수 있다. 즉, 입력 레이어(110-11)는 2개의 입력 값에 대한 정보를 포함할 수 있다. 도 5 또는 도 7에 도시된 NPU 스케줄러(130)는 입력 레이어(110-11)로부터의 입력 값에 대한 정보가 저장되는 메모리 어드레스를 도 5 또는 도 7에 도시된 NPU 내부 메모리(120)에 설정할 수 있다.The input layer 110-11 may illustratively include x1 and x2 input nodes. That is, the input layer 110-11 may include information about two input values. The
제1 연결망(110-12)은 예시적으로, 입력 레이어(110-11)의 각각의 노드를 제1 은닉 레이어(110-13)의 각각의 노드로 연결시키기 위한 6개의 가중치 값에 대한 정보를 포함할 수 있다. 도 5 또는 도 7에 도시된 NPU 스케줄러(130)는 제1 연결망(110-12)의 가중치 값에 대한 정보가 저장되는 메모리 어드레스를 NPU 내부 메모리(120)에 설정할 수 있다. 각각의 가중치 값은 입력 노드 값과 곱해지고, 곱해진 값들의 누산된 값이 제1 은닉 레이어(110-13)에 저장된다. 여기서 누산된 값을 가지는 노드들은 특징맵으로 지칭될 수 있다.The first connection network 110-12 illustratively includes information on six weight values for connecting each node of the input layer 110-11 to each node of the first hidden layer 110-13. It can be included. The
제1 은닉 레이어(110-13)는 예시적으로 a1, a2, 및 a3 노드를 포함할 수 있다. 즉, 제1 은닉 레이어(110-13)는 3개의 노드 값에 대한 정보를 포함할 수 있다. 도 5 또는 도 7에 도시된 NPU 스케줄러(130)는 제1 은닉 레이어(110-13)의 노드 값에 대한 정보를 저장시키기 위한 메모리 어드레스를 NPU 내부 메모리(120)에 설정할 수 있다.The first hidden layer 110-13 may exemplarily include nodes a1, a2, and a3. That is, the first hidden layer 110-13 may include information about three node values. The
NPU 스케줄러(130)는 제1 프로세싱 엘리먼트(PE1)가 제1 은닉 레이어(110-13)의 a1 노드의 MAC 연산을 수행하도록 연산 순서를 스케줄링 하도록 구성될 수 있다. NPU 스케줄러(130)는 제2 프로세싱 엘리먼트(PE2)가 제1 은닉 레이어(110-13)의 a2 노드의 MAC 연산을 수행하도록 연산 순서를 스케줄링 하도록 구성될 수 있다. NPU 스케줄러(130)는 제3 프로세싱 엘리먼트(PE3)가 제1 은닉 레이어(110-13)의 a3 노드의 MAC 연산을 수행하도록 연산 순서를 스케줄링 하도록 구성될 수 있다. 여기서 NPU 스케줄러(130)는 3개의 프로세싱 엘리먼트들이 병렬로 동시에 MAC 연산을 각각 수행하도록 연산 순서를 미리 스케줄링 할 수 있다. 상기 스케줄링 정보는 머신 코드에 포함될 수 있다. 따라서 NPU 스케줄러(130)는 머신 코드에 포함된 스케줄링 정보에 따라 동작될 수 있다. The
제2 연결망(110-14)은 예시적으로, 제1 은닉 레이어(110-13)의 각각의 노드를 제2 은닉 레이어(110-15)의 각각의 노드로 연결시키기 위한 9개의 가중치 값에 대한 정보를 포함할 수 있다. 도 5 또는 도 7에 도시된 NPU 스케줄러(130)는 제2 연결망(110-14)의 가중치 값에 대한 정보를 저장시키기 위한 메모리 어드레스를 NPU 내부 메모리(120)에 설정할 수 있다. 상기 제2 연결망(110-14)의 가중치 값은 제1 은닉 레이어(110-13)로부터 입력되는 노드 값과 각기 곱해지고, 곱해진 값들의 누산된 값이 제2 은닉 레이어(110-15)에 저장된다. The second connection network 110-14 illustratively includes nine weight values for connecting each node of the first hidden layer 110-13 to each node of the second hidden layer 110-15. May contain information. The
제2 은닉 레이어(110-15)는 예시적으로 b1, b2, 및 b3 노드를 포함할 수 있다. 즉, 제2 은닉 레이어(110-15)는 3개의 노드 값에 대한 정보를 포함할 수 있다. NPU 스케줄러(130)는 제2 은닉 레이어(110-15)의 노드 값에 대한 정보를 저장시키기 위한 메모리 어드레스를 NPU 내부 메모리(120)에 설정할 수 있다.The second hidden layer 110-15 may exemplarily include nodes b1, b2, and b3. That is, the second hidden layer 110-15 may include information about three node values. The
NPU 스케줄러(130)는 제4 프로세싱 엘리먼트(PE4)가 제2 은닉 레이어(110-15)의 b1 노드의 MAC 연산을 수행하도록 연산 순서를 스케줄링 하도록 구성될 수 있다. NPU 스케줄러(130)는 제5 프로세싱 엘리먼트(PE5)가 제2 은닉 레이어(110-15)의 b2 노드의 MAC 연산을 수행하도록 연산 순서를 스케줄링 하도록 구성될 수 있다. NPU 스케줄러(130)는 제6 프로세싱 엘리먼트(PE6)가 제2 은닉 레이어(110-15)의 b3 노드의 MAC 연산을 수행하도록 연산 순서를 스케줄링 하도록 구성될 수 있다. 상기 스케줄링 정보는 머신 코드에 포함될 수 있다.The
여기서 NPU 스케줄러(130)는 3개의 프로세싱 엘리먼트들이 병렬로 동시에 MAC 연산을 각각 수행하도록 연산 순서를 미리 스케줄링 할 수 있다. Here, the
여기서, NPU 스케줄러(130)는 영상 융합 인공신경망 모델의 제1 은닉 레이어(110-13)의 MAC 연산 이후 제2 은닉 레이어(110-15)의 연산이 수행되도록 스케줄링을 결정할 수 있다. Here, the
즉, NPU 스케줄러(130)는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보에 기초하여 프로세싱 엘리먼트 어레이(100) 및 NPU 내부 메모리(120)을 제어하도록 구성될 수 있다.That is, the
제3 연결망(110-16)은 예시적으로, 제2 은닉 레이어(110-15)의 각각의 노드와 출력 레이어(110-17)의 각각의 노드를 연결하는 6개의 가중치 값에 대한 정보를 포함할 수 있다. NPU 스케줄러(130)는 제3 연결망(110-16)의 가중치 값에 대한 정보를 저장시키기 위한 메모리 어드레스를 NPU 내부 메모리(120)에 설정할 수 있다. 제3 연결망(110-16)의 가중치 값은 제2 은닉 레이어(110-15)로부터 입력되는 노드 값과 각기 곱해지고, 곱해진 값들의 누산된 값이 출력 레이어(110-17)에 저장된다. The third network 110-16 illustratively includes information on six weight values connecting each node of the second hidden layer 110-15 and each node of the output layer 110-17. can do. The
출력 레이어(110-17)는 예시적으로 y1, 및 y2 노드를 포함할 수 있다. 즉, 출력 레이어(110-17)는 2개의 노드 값에 대한 정보를 포함할 수 있다. NPU 스케줄러(130)는 출력 레이어(110-17)의 노드 값에 대한 정보를 저장시키기 위해 메모리 어드레스를 NPU 내부 메모리(120)에 설정할 수 있다.The output layer 110-17 may illustratively include y1 and y2 nodes. That is, the output layer 110-17 may include information about two node values. The
NPU 스케줄러(130)는 제7 프로세싱 엘리먼트(PE7)가 출력 레이어(110-17)의 y1 노드의 MAC 연산을 수행하도록 연산 순서를 스케줄링 하도록 구성될 수 있다. NPU 스케줄러(130)는 제8 프로세싱 엘리먼트(PE8)가 출력 레이어(110-15)의 y2 노드의 MAC 연산을 수행하도록 연산 순서를 스케줄링 하도록 구성될 수 있다. 상기 스케줄링 정보는 머신 코드에 포함될 수 있다.The
여기서 NPU 스케줄러(130)는 2개의 프로세싱 엘리먼트들이 병렬로 동시에 MAC 연산을 각각 수행하도록 연산 순서를 미리 스케줄링 할 수 있다. Here, the
여기서 NPU 스케줄러(130)는 영상 융합 인공신경망 모델의 제2 은닉 레이어(110-15)의 MAC 연산 이후 출력 레이어(110-17)의 연산이 수행되도록 스케줄링을 결정할 수 있다. Here, the
즉, NPU 스케줄러(130)는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보에 기초하여 프로세싱 엘리먼트 어레이(100) 및 NPU 내부 메모리(120)을 제어하도록 구성될 수 있다.That is, the
즉, NPU 스케줄러(130)는 프로세싱 엘리먼트 어레이(100)에서 작동할 영상 융합 인공신경망 모델의 구조를 분석하거나 또는 분석된 정보를 제공받을 수 있다. 영상 융합 인공신경망 모델이 포함할 수 있는 인공신경망의 정보는 각각의 레이어의 노드 값에 대한 정보, 레이어들의 배치 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보, 각각의 레이어의 노드를 연결하는 연결망 각각의 가중치 값에 대한 정보를 포함할 수 있다.That is, the
NPU 스케줄러(130)는 예시적인 영상 융합 인공신경망 모델(110-10)의 인공신경망 데이터 지역성 정보 또는 구조에 대한 정보를 제공받았기 때문에, NPU 스케줄러(130)는 영상 융합 인공신경망 모델(110-10)의 입력부터 출력까지의 연산 순서를 파악할 수 있다. Because the
따라서, NPU 스케줄러(130)는 각각의 레이어의 MAC 연산 값들이 저장되는 메모리 어드레스를 스케줄링 순서를 고려해서 NPU 내부 메모리(120)에 설정할 수 있다. Accordingly, the
NPU 내부 메모리(120)는 NPU(100)의 추론 연산이 지속되는 동안 NPU 내부 메모리(120)에 저장된 연결망들의 가중치 데이터를 보존하도록 구성될 수 있다. 따라서 메모리 읽기 쓰기 동작을 저감할 수 있는 효과가 있다.The NPU
즉, NPU 내부 메모리(120)는 추론 연산이 지속되는 동안 NPU 내부 메모리(120)에 저장된 MAC 연산 값을 재사용 하도록 구성될 수 있다.That is, the NPU
이하, 도 9 내지 도 12을 통해 본 개시의 영상 융합 인공신경망 모델의 구조에 대하여 설명한다. Hereinafter, the structure of the image fusion artificial neural network model of the present disclosure will be described through FIGS. 9 to 12.
도 9는 본 개시의 일 예시에 따른 영상 융합 인공신경망 모델을 구성하는 GAN의 일부 구조를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 9 is a diagram illustrating a partial structure of a GAN constituting an image fusion artificial neural network model according to an example of the present disclosure.
도 9를 참조하면, 영상 융합 인공신경망 모델을 구성하는 GAN 신경망 구조는 고해상도의 열 영상을 생성하기 위한 생성기(Generator)에 대응되는 구조를 가지고 있다. 즉, 신경 프로세싱 유닛(100)의 스케줄러(130)는 검증기(discriminator)가 배제된 영상 융합 인공신경망 모델이 컴파일된 머신 코드를 입력 받아 추론 연산을 처리하도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 9, the GAN neural network structure that constitutes the image fusion artificial neural network model has a structure corresponding to a generator for generating high-resolution thermal images. That is, the
일 예시에서, 생성기에 대응되는 영상 융합 인공신경망 모델은 각각 RGB 3 채널의 가시광 영상과 1 채널의 열영상을 입력 데이터로 이용할 수 있으며, 활성화 함수(ELU)가 적용된 합성곱(컨볼루션) 연산을 수행하여 특징맵(feature map) 및/또는 활성화 맵을 출력할 수 있다. 예를 들어, 가시광 영상의 입력 데이터는 채널 각각이 3 x 3 크기의 필터 64개를 슬라이딩하고, 열영상의 입력 데이터는 3 x 3 크기의 필터 64개를 슬라이딩하여 연산될 수 있다. 즉, 가시광 영상의 입력 데이터는 영상 융합 전에 특징맵의 크기를 열영상의 입력 데이터에서 출력되는 특징맵의 크기와 동일한 크기로 줄일 수 있다. 각각의 연산을 통해 출력된 출력 특징맵은 1× 1 크기의 필터 하나에 병합될 수 있다. 이와 같이 병합된 특징맵은 건너뛰고 연결하기 (Skip-connection) 동작을 통해 출력 결과를 다른 레이어로 전달할 수 있으며, 복수의 레이어를 거쳐 최종적으로 고해상도의 열영상을 생성할 수 있다. 도 9는 GAN에서의 생성기를 구성하기 위한 하나의 예시일 뿐이며, 이에 제한되지 않고, 다양한 모델의 구성이 채용될 수 있다.In one example, the image fusion artificial neural network model corresponding to the generator can use 3-channel RGB visible light images and 1-channel thermal image as input data, respectively, and performs a convolution operation to which an activation function (ELU) is applied. By performing the process, a feature map and/or an activation map can be output. For example, the input data of a visible light image can be calculated by sliding 64 filters with a size of 3 x 3 for each channel, and the input data of a thermal image can be calculated by sliding 64 filters with a size of 3 x 3. In other words, the size of the feature map of the input data of the visible light image can be reduced to the same size as the size of the feature map output from the input data of the thermal image before image fusion. The output feature maps output through each operation can be merged into one filter with a size of 1 × 1. The output results of the merged feature maps like this can be transferred to other layers through a skip-connection operation, and a high-resolution thermal image can be finally generated through multiple layers. Figure 9 is just an example for configuring a generator in a GAN, and is not limited to this, and various model configurations can be adopted.
도 10은 도 9에 도시된 컨볼루션 레이어의 입력 데이터와 합성곱 연산 또는 행렬 곱셈에 사용되는 커널을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 10 is a diagram for explaining the input data of the convolution layer shown in FIG. 9 and the kernel used for convolution operation or matrix multiplication.
도 10을 참조하면, 입력 데이터(300)는 특정 크기의 행(310)과 특정 크기의 열(320)로 구성된 2차원적 행렬로 표시되는 이미지 또는 영상일 수 있다. 입력 데이터(300)는 특징맵으로 지칭될 수 있다. 입력 데이터(300)는 복수의 채널(330)을 가질 수 있는데, 여기서 채널(330)은 입력 데이터 이미지의 컬러 RGB채널을 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 10,
한편, 커널(340)은, 입력 데이터(300)의 일정 부분을 스캐닝하면서 해당 부분의 특징을 추출하기 위한 합성곱에 사용되는 가중치 파라미터일 수 있다. 커널(340)은, 입력 데이터 이미지와 마찬가지로 특정 크기의 행(350), 특정 크기의 열(360), 특정 수의 채널(370)을 갖도록 구성될 수 있다. 일반적으로 커널(340)의 행(350), 열(360)의 크기는 동일하도록 설정되며, 채널(370)의 수는 입력 데이터 이미지의 채널(330)의 수와 동일할 수 있다.Meanwhile, the
도 11은 도 10에 도시된 커널을 사용하여 특징 맵을 생성하는 컨볼루션 신경망의 동작을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of a convolutional neural network that generates a feature map using the kernel shown in FIG. 10.
도 11을 참조하면, 커널(410)은, 입력 데이터(420)를 지정된 간격으로 순회하며 합성곱을 실행함으로써, 최종적으로 특징맵(430)을 생성할 수 있다. 합성곱은, 입력 데이터(420)의 일 부분에 커널(410)을 적용하였을 때, 그 부분의 특정 위치의 입력 데이터 값들과 커널(410)의 해당 위치의 값들을 각각 곱한 뒤 생성된 값들을 모두 더하여 실행될 수 있다. Referring to FIG. 11, the kernel 410 traverses the input data 420 at designated intervals and performs convolution, thereby finally generating the feature map 430. Convolution is performed by multiplying the input data values at a specific location of the portion and the values at the corresponding location of the kernel 410, when applying the kernel 410 to a portion of the input data 420, and then adding all the values generated. It can be executed.
이러한 합성곱 과정을 통해, 특징맵의 계산 값들이 생성되며, 커널(410)이 입력 데이터(420)를 순회할 때마다 이러한 합성곱의 결과값들이 생성되어 특징맵(430)을 구성할 수 있다. Through this convolution process, the calculated values of the feature map are generated, and each time the kernel 410 traverses the input data 420, the result values of this convolution are generated to form the feature map 430. .
특징맵의 각 구성요소 값들은 컨볼루션 레이어의 활성화 함수를 통해 활성화맵(430)으로 변환될 수 있다.Each component value of the feature map can be converted into an activation map 430 through the activation function of the convolution layer.
도 11에서 컨볼루션 레이어에 입력되는 입력 데이터(420)는 4 x 4의 크기를 갖는 2차원적 행렬로 표시되며, 커널(410)은 3 x 3 크기를 갖는 2차원적 행렬로 표시된다. 그러나, 컨볼루션 레이어의 입력 데이터(420) 및 커널(410)의 크기는, 이에 한정되는 것은 아니며, 컨볼루션 레이어가 포함되는 컨볼루션 신경망의 성능 및 요구사항에 따라 다양하게 변경될 수 있다.In FIG. 11, the input data 420 input to the convolution layer is displayed as a two-dimensional matrix with a size of 4 x 4, and the kernel 410 is displayed as a two-dimensional matrix with a size of 3 x 3. However, the sizes of the input data 420 and the kernel 410 of the convolution layer are not limited to this and may vary depending on the performance and requirements of the convolutional neural network including the convolution layer.
도시된 바와 같이, 컨볼루션 레이어에 입력 데이터(420)가 입력되면, 커널(410)이 입력 데이터(420) 상에서 사전 결정된 간격(예를 들면, stride = 1)으로 순회하며, 입력 데이터(420)와 커널(410)의 동일 위치의 값들을 각각 곱하고 각각의 값들을 더하는 MAC 연산을 수 있다.As shown, when input data 420 is input to the convolutional layer, the kernel 410 traverses the input data 420 at a predetermined interval (e.g., stride = 1), and the input data 420 A MAC operation can be performed by multiplying the values at the same position of the kernel 410 and adding the values.
구체적으로, 커널(410)이 입력 데이터(420)의 특정 위치(421)에서 계산한 MAC 연산 값 “15”를 특징맵(430)의 대응 요소(431)에 배정한다. 커널(410)이 입력 데이터(420)의 다음 위치(422)에서 계산한 MAC 연산 값 “16”을 특징맵(430)의 대응 요소(432)에 배정한다. 커널(410)이 입력 데이터(420)의 다음 위치(423)에서 계산한 MAC 연산 값 “6”을 특징맵(430)의 대응 요소(433)에 배정한다. 다음으로, 커널(410)이 입력 데이터(420)의 다음 위치(424)에서 계산한 MAC 연산 값 “15”를 특징맵(430)의 대응 요소(434)에 배정한다. Specifically, the kernel 410 assigns the MAC operation value “15” calculated at a specific location 421 of the input data 420 to the corresponding element 431 of the feature map 430. The kernel 410 assigns the MAC operation value “16” calculated at the next position 422 of the input data 420 to the corresponding element 432 of the feature map 430. The kernel 410 assigns the MAC operation value “6” calculated at the next position 423 of the input data 420 to the corresponding element 433 of the feature map 430. Next, the kernel 410 assigns the MAC operation value “15” calculated at the next position 424 of the input data 420 to the corresponding element 434 of the feature map 430.
이와 같이 커널(410)이 입력 데이터(420) 상을 순회하면서 계산한 MAC 연산 값들을 특징맵(430)에 모두 배정하면, 2 x 2 크기의 특징맵(430)이 완성될 수 있다. In this way, if the kernel 410 allocates all the MAC operation values calculated while traversing the input data 420 to the feature map 430, a feature map 430 with a size of 2 x 2 can be completed.
이때, 입력 데이터(510)가 예를 들어 3가지 채널(R채널, G채널, B채널)로 구성된다면, 동일 커널 또는 채널 별 상이한 채널을 각각 입력 데이터(420)의 각 채널 별 데이터 상을 순회하며 다중 곱과 합을 진행하는 합성곱을 통해 채널 별 특징맵을 생성할 수 있다.At this time, if the input data 510 consists of, for example, three channels (R channel, G channel, B channel), the same kernel or a different channel for each channel is traversed over the data for each channel of the input data 420. A feature map for each channel can be created through convolution, which involves multiple multiplication and summation.
상기 MAC 연산을 위해서 스케줄러(130)는 기 설정된 연산 순서를 기초로 각각의 MAC 연산을 수행할 프로세싱 엘리먼트들(PE1 to PE12)을 할당하고, MAC 연산 값들이 저장되는 메모리 어드레스를 스케줄링 순서를 고려해서 NPU 내부 메모리(120)에 설정할 수 있다.For the MAC operation, the
도 12는 본 개시의 일 예시에 따른 영상 융합 인공신경망 모델을 예시적으로 나타낸 개념도이다.Figure 12 is a conceptual diagram illustrating an image fusion artificial neural network model according to an example of the present disclosure.
도 12를 참고하면, 일 예시에서 RGB 카메라와 Thermal 이미지 센서로부터 제공되는 신호를 병렬 프로세싱을 통해 처리하는 예가 나타나 있다. 병렬 프로세싱 도중에, 트랜스포머를 통해서 서로 다른 정보가 교환될 수 있다. 상기 방식은 후술하게 될 도 14에 도시된 심층 퓨전 방식일 수 있다. Referring to FIG. 12, an example is shown in which signals provided from an RGB camera and a thermal image sensor are processed through parallel processing. During parallel processing, different information can be exchanged through transformers. This method may be the deep fusion method shown in FIG. 14, which will be described later.
한편, 도시되지는 않았으나, 이종 센서로부터 제공되는 서로 다른 데이터를 처리하기 위해 인공신경망은 연접(Concatenation) 동작과 건너뛰고 연결하기 (Skip-connection) 동작을 포함할 수 있다. 연접 동작은 특정 레이어의 출력 결과를 서로 합치는 것을 의미하고, 건너뛰고 연결하기 동작은 특정 레이어의 출력 결과를 후속 레이어를 건너뛰고, 다른 레이어로 전달하는 것을 의미한다.Meanwhile, although not shown, an artificial neural network may include a concatenation operation and a skip-connection operation to process different data provided from heterogeneous sensors. The concatenation operation means merging the output results of a specific layer, and the skip and concatenation operation means passing the output results of a specific layer to another layer, skipping the subsequent layer.
이러한, 연접 동작과 건너뛰고 연결하기 동작은 NPU(100)의 내부 메모리(120)의 제어 난이도 증가 및 사용량을 증가시킬 수 있다.These concatenation operations and skip-connect operations may increase the control difficulty and usage of the
지금까지 이종 센서로부터 제공되는 서로 다른 데이터를 퓨전하여 처리하기 위한 인공신경망에 대해서 설명하였으나, 위 설명된 내용들만으로는, 인공신경망의 성능 향상을 꾀할 수 없는 약점이 있었다. 이에, 이하에서는 최적화된 인공신경망 및 NPU 구조에 대해서 설명하기로 한다.So far, we have explained the artificial neural network for processing different data provided by heterogeneous sensors by fusion, but there is a weakness in that the performance of the artificial neural network cannot be improved with the above explanation alone. Accordingly, the optimized artificial neural network and NPU structure will be described below.
<이종 센서로부터의 서로 다른 데이터를 처리하기 위해 최적화된 퓨전(fusion) 인공신경망 및 NPU 구조><Fusion artificial neural network and NPU structure optimized to process different data from heterogeneous sensors>
먼저, 본 특허의 발명자는 이종 센서로부터의 서로 다른 데이터를 처리하기 위한 NPU에 대하여 연구하였다. First, the inventor of this patent studied NPU for processing different data from heterogeneous sensors.
상기 NPU의 설계에 있어서 하기의 구성을 고려해야 한다:The following configuration should be considered in the design of the NPU:
i. 이종 데이터 신호 처리(예컨대, RGB 카메라 + Thermal 이미지 센서)에 적합한 NPU 구조를 가지는 것이 필요하다. i. It is necessary to have an NPU structure suitable for heterogeneous data signal processing (e.g., RGB camera + thermal image sensor).
ii. 이종 입력 신호 처리(예컨대, RGB 카메라 + Thermal 이미지 센서)에 적합한 NPU 메모리 제어가 필요하다.ii. NPU memory control suitable for heterogeneous input signal processing (e.g., RGB camera + thermal image sensor) is required.
iii. 다중 입력 채널에 적합한 NPU 구조를 가지는 것이 필요하다.iii. It is necessary to have an NPU structure suitable for multiple input channels.
iv. 다중 입력 채널에 적합한 NPU 메모리 제어가 필요하다.iv. NPU memory control suitable for multiple input channels is required.
v. 영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망 모델) 연산에 적합한 NPU 구조를 가지는 것이 필요하다. v. It is necessary to have an NPU structure suitable for calculating an image fusion artificial neural network model (fusion artificial neural network model).
vi. 실시간 적용을 위해서 16ms 이하의 빠른 처리 속도가 필요하다vi. For real-time application, a fast processing speed of 16ms or less is required.
vii. 배터리 구동을 위해서 저소비 전력 달성이 필요하다.vii. For battery operation, it is necessary to achieve low power consumption.
영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망 모델)을 구현하기 위한 NPU는 하기의 기능을 지원해야 한다. 예상되는 요구 사항들은 아래와 같다:The NPU for implementing the image fusion artificial neural network model (fusion artificial neural network model) must support the following functions. The expected requirements are as follows:
i. CNN 기능 지원: 합성곱에 최적화된 PE 어레이 및 메모리를 제어할 수 있어야 한다.i. CNN function support: Must be able to control PE array and memory optimized for convolution.
ii. Depthwise-separable convolution을 효율적으로 처리할 수 있어야 한다. PE 이용률 및 성능(throughput)을 향상시키는 구조를 가져야 한다. ii. Depthwise-separable convolution must be able to be processed efficiently. It must have a structure that improves PE utilization and performance (throughput).
iii. Batch mode 기능 지원: 다중 채널(카메라 1~6), 이종 센서를 동시에 처리할 수 있도록 메모리 구성이 필요하다.(PE 어레이의 크기와 메모리 크기가 적정한 비율이어야 한다) iii. Batch mode function supported: Memory configuration is required to process multiple channels (
iv. 연접 (Concatenation) 기능 지원: 영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망 모델)을 위한 NPU는 이종 입력 데이터 신호를 연접(Concatenation) 기능으로 처리할 수 있어야 한다.iv. Concatenation function support: NPU for image fusion artificial neural network model (fusion artificial neural network model) must be able to process heterogeneous input data signals with the concatenation function.
v. 건너뛰고 연결하기 (Skip-connection) 기능 지원: 영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망 모델)을 위한 NPU는 건너뛰고 연결하기(skip) 기능을 제공할 수 있는 SFU(Special Function Unit)를 포함할 수 있다.v. Skip-connection function support: NPU for image fusion artificial neural network model (fusion artificial neural network model) has SFU (Special Function Unit) that can provide skip-connection function. It can be included.
vi. 딥러닝 영상 전처리 기능 지원: 영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망 모델)을 위한 NPU는 서로 다른 데이터 신호를 전처리하는 기능을 제공할 수 있어야 한다.vi. Support for deep learning image preprocessing function: NPU for image fusion artificial neural network model (fusion artificial neural network model) must be able to provide the function of preprocessing different data signals.
vii. 영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망 모델)을 효율적으로 컴파일 할 수 있는 컴파일러가 제공되어야 한다.vii. A compiler that can efficiently compile image fusion artificial neural network models (fusion artificial neural network models) must be provided.
본 개시의 일 실시예에서는 다음과 같은 특징을 가진 NPU(100)가 제안된다. In one embodiment of the present disclosure, an
i. NPU(100)는 늦은 퓨전(Late Fusion), 조기 퓨전(Early Fusion), 심층 퓨전(Deep Fusion) 등, 영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망 모델)의 ANN 데이터 지역성 정보를 분석하는 머신 코드 처리할 수 있다.i. NPU (100) is a machine that analyzes ANN data locality information of image fusion artificial neural network models (fusion artificial neural network models) such as late fusion, early fusion, and deep fusion. Code can be processed.
ii. NPU(100)는 ADC(artificial neural network data locality controller)에 기초하여 이종의 센서 데이터를 처리하도록 PE 어레이를 제어하도록 구성될 수 있다. 즉, 영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망 모델)은 센서에 따라 다양한 구조로 퓨전되며, 상기 구조에 대응되는 NPU(100)를 제공함에 따라 PE 가동률(utilization rate)을 향상 시킬 수 있다.ii. The
iii. ANN 데이터 지역성 정보에 기초하여 이종의 센서 데이터를 처리하도록 칩-내부 메모리(120)의 크기를 적절히 설정하도록 구성될 수 있다. 즉, 영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망 모델)의 인공신경망 데이터 지역성 정보를 분석하면 퓨전(fusion) 인공신경망을 처리하는 NPU(100)의 메모리 대역폭을 개선할 수 있다.iii. The size of the chip-
iv. NPU(100)는 영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망 모델)에서 필요한 쌍선형 보간(Bilinear interpolation), 연접(Concatenation) 및 건너뛰고 연결하기(skip-connection 등)을 효율적으로 처리할 수 있는 SFU(Special Function Unit)를 포함할 수 있다.iv. The NPU (100) can efficiently process the bilinear interpolation, concatenation, and skip-connection required in the image fusion artificial neural network model (fusion artificial neural network model). It may include a special function unit (SFU).
도 13은 본 개시의 일 예시에 따른 NPU의 퓨전 방식을 나타낸 예시도이다.Figure 13 is an example diagram showing an NPU fusion method according to an example of the present disclosure.
도 13을 참조하면, “F”는 퓨전 연산을 의미하며, 각각의 블록은 각각의 레이어를 의미한다. NPU(100)는 늦은 퓨전(Late Fusion), 조기 퓨전(Early Fusion), 심층 퓨전(Deep Fusion)을 수행할 수 있다. 늦은 퓨전은 각 레이어 별로 연산을 수행한 후, 마지막 과정에서 연산 결과를 퓨전 하는 것을 의미한다. 조기 퓨전은 조기에 서로 다른 데이터를 퓨전한 후, 레이어 별로 연산을 수행하는 것을 의미한다. 심층 퓨전은 서로 다른 데이터를 퓨전한 후, 서로 다른 레이어에서 연산을 수행하고, 연산 수행 결과를 다시 퓨전한 후, 레이어 별로 연산을 수행하는 것을 의미한다. 본 개시에서 조기 퓨전 연산을 통해서는 상이한 두 개의 영상을 복수의 레이어 연산 초기에 병합하고, 후속 레이어의 연산을 수행할 수 있다. 이와 다르게, 늦은 퓨전을 통해서는 상이한 두 개의 영상을 각각에 할당된 레이어 별로 연산을 수행한 뒤, 연산 결과를 병합한 후, 후속 레이어의 연산을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상이한 두 개의 영상은 가시광선 이미지 센서를 통해 획득되는 영상과 열화상 이미지 센서를 통해 획득되는 영상일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.Referring to Figure 13, “F” stands for fusion operation, and each block represents each layer. NPU (100) can perform late fusion, early fusion, and deep fusion. Late fusion means performing calculations for each layer and then fusing the calculation results in the final process. Early fusion means fusion of different data early and then performing calculations for each layer. Deep fusion means fusing different data, performing calculations on different layers, fusing the calculation results again, and then performing calculations for each layer. In the present disclosure, through early fusion operation, two different images can be merged at the beginning of the operation of a plurality of layers, and the operation of subsequent layers can be performed. Differently, through late fusion, it is possible to perform calculations on two different images for each layer assigned to each, merge the calculation results, and then perform calculations on subsequent layers. For example, the two different images may be an image acquired through a visible light image sensor and an image acquired through a thermal image sensor, but are not limited thereto.
이하에서는 상기와 같은 특징을 개시할 수 있는 NPU(100)의 구조에 대하여 설명한다. Hereinafter, the structure of the
도 14는 본 개시의 제1 예시에 따른 NPU 아키텍처를 포함하는 시스템을 예시적으로 나타낸 개념도이다.Figure 14 is a conceptual diagram illustrating a system including an NPU architecture according to the first example of the present disclosure.
도 14를 참조하면, 상기 NPU(100)는 영상 융합 인공신경망 모델을 위한 PE 어레이(110), 칩-내부(On-chip) 메모리(120), NPU 스케줄러(130), SFU(special function unit)(160)을 포함할 수 있다. 도 14을 설명함에 있어서 중복되는 설명은 단지 설명의 편의를 위해 생략될 수 있다.Referring to FIG. 14, the
영상 융합 인공신경망 모델을 위한 PE 어레이(110)는 적어도 하나의 퓨전 레이어를 가지는 다층 구조의 영상 융합 인공신경망 모델의 합성곱을 처리하도록 구성된 PE 어레이(110)를 의미할 수 있다. 즉, 퓨전 레이어는 이종 센서의 데이터가 퓨전 된 특징맵을 출력하도록 구성될 수 있다. 부연 설명하면, NPU(100)의 SFU(160)는 다중 센서의 센서 데이터를 입력 받아 각각의 센서 입력 데이터를 퓨전 시키는 기능을 제공하도록 구성될 수 있다. 영상 융합 인공신경망 모델을 위한 PE 어레이(110)는 SFU(160)에서 퓨전된 데이터를 입력 받아 합성곱을 처리하도록 구성될 수 있다. The
NPU(100)는 M개의 이종 센서들(311, 312)로부터 서로 다른 데이터를 수신할 수 있다. 상기 이종의 센서들은 서로 다른 영상 특성과 해상도를 가진 이미지 센서들을 포함할 수 있다.The
상기 NPU(100)는 컴파일러(200)로부터 영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망(ANN))의 인공신경망 데이터 지역성 정보를 획득할 수 있다.The
상기 영상 융합 인공신경망 모델의 적어도 하나의 레이어는 복수의 센서의 입력 데이터가 퓨전 된 레이어일 수 있다.At least one layer of the image fusion artificial neural network model may be a layer in which input data from a plurality of sensors is fused.
상기 NPU(100)는 이종 센서 입력 데이터의 퓨전을 위해서 적어도 하나의 레이어에 연접 기능을 제공하도록 구성될 수 있다. 연접된 레이어의 이종 센서들의 각각의 특징맵은 서로 연접되기 위해서 적어도 하나의 축의 크기는 서로 동일하게 처리될 수 있다. 예를 들면, X-축으로 이종 센서 데이터의 연접을 위해서 이종 센서 데이터 각각의 X-축의 크기는 서로 동일할 수 있다. 예를 들면, Y-축으로 이종 센서 데이터의 연접을 위해서 이종 센서 데이터 각각의 Y-축의 크기는 서로 동일할 수 있다. 예를 들면, Z-축으로 이종 센서 데이터의 연접을 위해서 이종 센서 데이터 각각의 Z-축의 크기는 서로 동일할 수 있다. NPU(100)의 처리 효율 향상을 위해서 이종 센서 데이터 중 하나의 데이터의 크기를 스케일-업 또는 스케일-다운 처리할 수 있다. 따라서, 이종 센서 데이터의 퓨전된 데이터의 하나의 축의 크기가 서로 동일해지는 것도 가능하다. 부연 설명하면, 프로세싱 엘리먼트 어레이(100)는 N x M 행렬 형태이기 때문에, 센서 데이터의 적어도 하나의 축의 크기에 따라서 프로세싱 엘리먼트 어레이(100) PE 가동률(utilization rate)이 달라질 수 있다. The
상기 이종 센서들(311, 312)로부터 서로 다른 데이터를 제공받아 처리하기 위하여, 상기 NPU 스케줄러(130)는 영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망 모델)의 추론을 처리할 수 있다.In order to receive and process different data from the
상기 NPU 스케줄러(130)는 도시된 바와 같이 제어부 내에 포함될 수 있다.The
상기 NPU 스케줄러(130)는 컴파일러(200)으로부터 영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망)의 인공신경망 데이터 지역성 정보를 획득 분석하고, 상기 칩-내부 메모리(120)의 동작을 제어할 수 있다.The
구체적으로 설명하면, 다음과 같다. 상기 컴파일러(200)는 상기 NPU(100)에서 처리할 퓨전(fusion) 인공신경망의 인공신경망 데이터 지역성 정보를 생성할 수 있다. To be specific, it is as follows. The
상기 NPU 스케줄러(130)는 상기 영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망)에 필요한 특수 기능(special function)에 대한 목록을 생성할 수 있다. 특수 기능은 합성곱 이외의 인공신경망 연산에 필요한 다양한 기능 등을 의미할 수 있다.The
상기 영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망)의 인공신경망 데이터 지역성 정보를 활용하면, non-maximum suppression(NMS), 건너뛰고 연결하기(SKIP-CONNECTION), 병목(Bottleneck), 쌍선형 보간(Bilinear interpolation) 등 퓨전(fusion) 인공신경망에서 자주 발생하는 메모리 접근 증가 문제를 효율적으로 제어할 수 있다.Using the artificial neural network data locality information of the image fusion artificial neural network model (fusion artificial neural network), non-maximum suppression (NMS), skip-connection (SKIP-CONNECTION), bottleneck, and bilinear interpolation The problem of increased memory access, which frequently occurs in fusion artificial neural networks such as bilinear interpolation, can be efficiently controlled.
상기 영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망)의 인공신경망 데이터 지역성 정보를 활용하면, 먼저 연산된 제1 출력 특징맵 정보와 그리고 더 늦게 처리되는 제2 출력 특징맵 정보가 퓨전될 때까지, 저장해야 하는 데이터(예컨대, 제1 출력 특징맵)의 크기, 저장 기간 등을 컴파일 단계에서 알 수 있기 때문에, 칩-내부(on-chip) 메모리(120)를 위한 메모리 맵을 사전에 효율적으로 설정할 수 있다.When using the artificial neural network data locality information of the image fusion artificial neural network model (fusion artificial neural network), the first output feature map information calculated first and the second output feature map information processed later are fused. Since the size and storage period of the data to be stored (e.g., the first output feature map) and the storage period can be known at the compilation stage, the memory map for the on-
상기 SFU(160)은 영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망)에 필요한 건너뛰고 연결하기(skip-connection), 및 연접(concatenation)을 수행할 수 있다. 부연 설명하면, 연접은 이종의 센서 데이터를 퓨전하는데 활용될 수 있다. 연접을 위해서 각각의 센서 데이터의 크기는 재조정될 수 있다. 예를 들면, NPU(100)는 크기조정(resize), 보간법(interpolation) 등의 기능을 제공하여 퓨전 인공신공망의 연접을 처리하도록 구성될 수 있다.The
상기 NPU(100)의 칩-내부 메모리(120)는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보에 기초하여 PE 어레이(110) 또는 SFU(160)에 따른 특정 데이터를 특정 기간동안 선택적으로 보존할 수 있다. 상기 선택적 보존 여부는 제어부에 의해서 제어될 수 있다.The chip-
또한 PE 어레이(110)는 이종 센서의 개수에 대응되는 쓰레드(thread)의 개수를 가지도록 구성될 수 있다. 즉, 2개의 센서 데이터를 입력 받도록 구성된 NPU(100)의 어레이(110)는 2개의 쓰레드를 가지도록 구성될 수 있다. 즉 하나의 쓰레드가 N x M 개의 프로세싱 엘리먼트들로 구성되면, 2개의 쓰레드는 N x M x 2 개의 프로세싱 엘리먼트들로 구성될 수 있다. 예를 들면, PE 어레이(110)의 각각의 쓰레드는 각각의 이종 센서의 특징맵을 처리하도록 구성될 수 있다. NPU의 복수의 쓰레드는 NPU의 멀티코어로 지칭될 수 있다. Additionally, the
상기 NPU(100)는 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 연산 결과를 출력부를 통해 출력할 수 있다.The
전술한 제1 예시에 따른 NPU 아키텍처는 다양하게 변형될 수 있다.The NPU architecture according to the first example described above may be modified in various ways.
도 15a는 본 개시의 제1 예시에 따른 영상 융합 인공신경망 모델이 포함하는 건너뛰고 연결하기(skip-connection)를 설명하기 위한 예시도이고, 도 15b는 도 15a에 도시된 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보를 나타낸 예시도이다.FIG. 15A is an example diagram for explaining skip-connection included in the image fusion artificial neural network model according to the first example of the present disclosure, and FIG. 15B is an illustration of the image fusion artificial neural network model shown in FIG. 15A. This is an example diagram showing artificial neural network data locality information.
도 15a을 참조하면, 건너뛰고 연결하기(Skip-connection) 동작을 포함하는 5개의 레이어를 연산하기 위해서, 도 15b 도시된 바와 같이 컴파일러(200)는 예를 들면, 16개 단계의 순서를 가지는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보를 생성할 수 있다.Referring to FIG. 15A, in order to calculate five layers including a skip-connection operation, the
NPU(100)는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보 순서 대로 칩-내부(On-chip) 메모리(120)에 데이터 오퍼레이션을 요청한다The NPU (100) requests data operations from the on-chip memory (120) in the order of artificial neural network data locality information of the image fusion artificial neural network model.
건너뛰고 연결하기(Skip-connection) 동작의 경우, 제1 레이어의 출력 특징맵(OFMAP)은 제4 레이어의 출력 특징맵(OFMAP)과 더해질 수 있다.In the case of a skip-connection operation, the output feature map (OFMAP) of the first layer may be added to the output feature map (OFMAP) of the fourth layer.
이와 같은, 건너뛰고 연결하기(Skip-connection) 동작을 위해서 제1 레이어의 출력 특징맵을 제5 레이어 연산까지 보존해야 한다. 하지만, 다른 데이터들은 메모리 공간 활용을 위해서 연산 이후 삭제되어도 무방하다. For this skip-connection operation, the output feature map of the first layer must be preserved until the fifth layer operation. However, other data may be deleted after operation to utilize memory space.
삭제된 메모리 영역에는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보 순서를 기초로 이후에 연산 될 데이터가 저장될 수 있다. 따라서, 영상 융합 인공신경망 모델의 데이터 지역 정보 순서를 따라 필요한 데이터를 칩-내부 메모리(120)로 순차적으로 가져오고, 재사용되지 않는 데이터를 삭제할 수 있기 때문에, 칩-내부(On-chip) 메모리(120)의 메모리 크기가 작더라도 칩-내부 메모리(120)의 동작 효율을 향상시킬 수 있다. Data to be calculated later based on the order of artificial neural network data locality information of the image fusion artificial neural network model may be stored in the deleted memory area. Therefore, necessary data can be sequentially imported into the chip-
따라서 NPU(100)는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보에 기초하여 일정 기간 동안 칩-내부 메모리(120)의 특정 데이터를 선택적으로 보존하거나, 삭제할 수 있다. Accordingly, the
이러한 메커니즘은 건너뛰고 연결하기(Skip-connection) 동작 뿐만 아니라, 연접(concatenation), non-maximum suppression(NMS), 쌍선형 보간(Bilinear interpolation) 등 다양한 동작에 적용될 수도 있다. This mechanism can be applied not only to skip-connection operations, but also to various operations such as concatenation, non-maximum suppression (NMS), and bilinear interpolation.
예를 들면, NPU(100)는 칩-내부 메모리(120)의 효율적인 제어를 위해서 제2 레이어의 합성곱 연산을 수행한 후, 제1 레이어의 출력 특징맵(OFMAP)을 제외한 제1 레이어의 데이터가 삭제되도록 할 수 있다. 또 다른 예를 들면, NPU(100)는 칩-내부 메모리(120)의 효율적인 제어를 위해서 제3 레이어의 연산을 수행한 후, 제1 레이어의 출력 특징맵(OFMAP)을 제외한 제2 레이어의 데이터가 삭제되도록 할 수 있다. 또 다른 예를 들면, NPU(100)는 칩-내부 메모리(120)의 효율적인 제어를 위해서 제4 레이어의 연산을 수행한 후, 제1 레이어의 출력 특징맵(OFMAP)을 제외한 제3 레이어의 데이터가 삭제되도록 할 수 있다. 또한, NPU(100)는 칩-내부 메모리(120)의 효율적인 제어를 위해서 제5 레이어의 연산을 수행한 후, 제1 레이어의 출력 특징맵(OFMAP)을 포함한 제4 레이어의 데이터가 삭제되도록 할 수 있다.For example, the
상기 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보는 하기에 나열된 조건들을 고려하여 컴파일러(200)가 생성하고 NPU(100)가 수행할 데이터 처리 순서를 의미한다.The artificial neural network data locality information of the image fusion artificial neural network model refers to the data processing order generated by the
1. ANN 모델의 구조 (이종 센서 데이터를 입력 받도록 설계된 Resnet, YOLO, SSD, 등 퓨전(fusion) 인공신경망). 1. Structure of ANN model (fusion artificial neural networks such as Resnet, YOLO, SSD, etc. designed to receive heterogeneous sensor data).
2. 프로세서의 구조 (예컨대, CPU, GPU, NPU 등의 아키텍처).2. Structure of the processor (e.g., architecture of CPU, GPU, NPU, etc.).
NPU(100)의 경우 PE 개수, PE의 구조(예컨대, 입력 고정(input stationary), 출력 고정(output stationary), 가중치 고정(weight stationary) 등), PE 어레이와 유기적으로 동작하도록 구성된 SFU 구조 등. In the case of the
3. 칩-내부 메모리(120) 크기(예컨대, 캐시가 데이터 보다 작을 때, 타일링(tiling) 알고리즘 적용 필요 등).3. Chip-
4. 처리할 영상 융합 인공신경망 모델의 각 레이어의 데이터 사이즈. 4. Data size of each layer of the image fusion artificial neural network model to be processed.
5. 프로세싱 정책. 즉, NPU(100)가 입력 특징맵(IFMAP) 먼저 읽기 요청 또는 커널(Kernel) 먼저 읽기 요청할지에 대한 순서 등을 결정. 이는, 프로세서 또는 컴파일러(200)에 따라 다양해질 수 있다.5. Processing policy. That is, the
도 16은 본 개시의 제2 예시에 따른 NPU 아키텍처를 포함하는 시스템을 예시적으로 나타낸 개념도이다. Figure 16 is a conceptual diagram illustrating a system including an NPU architecture according to a second example of the present disclosure.
도 16을 참조하면, 상기 NPU(100)는 영상 융합 인공신경망 모델을 위한 PE 어레이(110), 칩-내부(On-chip) 메모리(120), NPU 스케줄러(130), SFU(special function unit)(160)을 포함할 수 있다. 도 16을 설명함에 있어서 중복되는 설명은 설명의 편의를 위해 생략될 수 있다.Referring to FIG. 16, the
상기 NPU 스케줄러(130)는 도시된 바와 같이 제어부 내에 포함될 수 있다.The
상기 NPU(100)는 M개의 이종 센서들(311, 312)로부터 서로 다른 데이터를 수신할 수 있다. 상기 이종의 센서들은 마이크, 터치 스크린, 카메라, 고도계, 기압계, 광혈류 측정센서, 심전도 측정센서, 관성 측정센서, 지오포지셔닝 시스템, 광 센서, 온도계, 근전도 측정기 전극 측정기 등을 포함할 수 있다.The
상기 NPU(100)는 컴파일러(200)로부터 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보를 획득할 수 있다.The
상기 NPU(100)는 N개의 출력부를 통하여 N개의 결과(예컨대, 이종의 추론 결과)를 출력할 수 있다. 상기 NPU(100)로부터 출력되는 이종의 데이터는 Image fusion, Classification, Semantic segmentation, Object detection, Prediction 등일 수 있다. The
도 17은 본 개시의 제3 예시에 따른 NPU 아키텍처를 포함하는 시스템을 예시적으로 나타낸 개념도이다.Figure 17 is a conceptual diagram illustrating a system including an NPU architecture according to the third example of the present disclosure.
도 17을 참조하면, 상기 NPU(100)는 영상 융합 인공신경망 모델을 위한 PE 어레이(110), 칩-내부(On-chip) 메모리(120), NPU 스케줄러(130), SFU(special function unit)(160)을 포함할 수 있다. 도 17을 설명함에 있어서 중복되는 설명은 단지 설명의 편의를 위해 생략될 수 있다.Referring to FIG. 17, the
상기 NPU 스케줄러(130)는 도시된 바와 같이 제어부 내에 포함될 수 있다.The
NPU(100)는 M개의 이종 센서들(311, 312)로부터 서로 다른 데이터를 수신할 수 있다. 상기 이종의 센서들은 서로 다른 영상 특성과 해상도를 가진 이미지 센서들을 포함할 수 있다.The
상기 NPU(100)는 컴파일러(200)로부터 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보를 획득할 수 있다.The
상기 NPU(100)는 ADC(artificial neural network data locality controller)(400)를 통해 칩-외부 메모리(500)로부터 영상 융합 인공신경망 모델의 연산에 필요한 데이터를 제공받을 수 있다.The
상기 ADC(400)는 상기 컴파일러(200)로부터 제공되는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보에 기초하여, 칩-외부 메모리에서 칩-내부 메모리로 데이터를 프리패치(prefetch)할 수 있다. The ADC 400 may prefetch data from chip-external memory to chip-internal memory based on artificial neural network data locality information of the image fusion artificial neural network model provided by the
구체적으로, ADC(400)는 상기 컴파일러(200)로부터 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보를 제공받아 분석하거나 또는 상기 컴파일러(200)로부터 분석된 정보를 제공받아, 상기 칩-외부 메모리(500)의 동작을 제어할 수 있다.Specifically, the ADC 400 receives and analyzes artificial neural network data locality information of the image fusion artificial neural network model from the
상기 ADC(400)는 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보에 따라, 상기 칩-외부 메모리(500) 내에 저장된 데이터를 읽어와서 칩-내부 메모리에 사전에 캐싱할 수 있다. 칩-외부 메모리(500)는 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 모든 가중치 커널이 저장될 수 있으며, 칩-내부 메모리(120)는 칩-외부 메모리(500)에 저장된 모든 가중치 커널 중 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보에 따라 필요한 적어도 일부의 가중치 커널만 저장할 수 있다. 칩-외부 메모리(500)의 메모리 용량은 칩-내부 메모리(120)의 메모리 용량보다 더 클 수 있다. The ADC 400 may read data stored in the chip-external memory 500 and cache it in the chip-internal memory in advance according to the artificial neural network data locality information of the image fusion artificial neural network model. The chip-external memory 500 may store all weight kernels of the image fusion artificial neural network model, and the chip-
ADC(400)는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보에 기초하여 NPU(100)와 연동하거나 또는 독립적으로 NPU(100)에 필요한 데이터를 칩-외부 메모리(500)로부터 사전에 준비할 수 있다. 따라서 NPU(100)의 추론 동작의 레이턴시가 저감되거나 또는 동작 속도가 향상될 수 있다.The ADC (400) can prepare data required for the NPU (100) in advance from the chip-external memory (500) in conjunction with the NPU (100) or independently based on the artificial neural network data locality information of the image fusion artificial neural network model. there is. Accordingly, the latency of the inference operation of the
상기 NPU(100)는 N개의 출력부를 통하여 N개의 결과(예컨대, 이종의 추론 결과)를 출력할 수 있다.The
도 18은 본 개시의 제4 예시에 따른 NPU 아키텍처를 포함하는 시스템을 예시적으로 나타낸 개념도이고, 도 19는 도 12에 도시된 영상 융합 인공신경망 모델을 도 18에 도시된 제4 예시에 따라 쓰레드로 구분한 예를 나타낸다.FIG. 18 is a conceptual diagram illustrating a system including an NPU architecture according to the fourth example of the present disclosure, and FIG. 19 is a diagram showing the image fusion artificial neural network model shown in FIG. 12 as a thread according to the fourth example shown in FIG. 18. Shows an example divided by .
도 18을 참조하면, 상기 NPU(100)는 영상 융합 인공신경망 모델을 위한 PE 어레이(110), 칩-내부(On-chip) 메모리(120), NPU 스케줄러(130), SFU(special function unit)(160)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 18, the
상기 NPU 스케줄러(130)는 도시된 바와 같이 제어부 내에 포함될 수 있다.The
상기 NPU(100)는 M개의 이종 센서들(311, 312)로부터 서로 다른 데이터를 수신할 수 있다. 상기 이종의 센서들은 서로 다른 영상 특성 및 해상도를 가지는 이미지 센서들을 포함할 수 있다.The
상기 NPU(100)는 컴파일러(200)로부터 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보를 획득할 수 있다.The
상기 NPU(100)는 N개의 이종 데이터(예컨대, 이종의 추론 결과)를 출력할 수 있다. 상기 NPU(100)로부터 출력되는 이종의 데이터는 Image fusion, Classification, Semantic segmentation, Object detection, Prediction 등일 수 있다.The
상기 PE 어레이(110)는 다중 쓰레드를 처리할 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 카메라로부터 얻은 RGB 이미지 데이터를 쓰레드 #1을 통해서 처리하고, Transformer 모델 처리는 쓰레드 #2를 통해서 처리하고, Thermal 이미지 센서로부터 얻은 데이터는 쓰레드 #3을 통해서 처리할 수 있다. PE 어레이(110)의 다중 쓰레드는 NPU의 멀티코어로 지칭될 수 있다. 즉, 각각의 쓰레드는 독립적인 PE 어레이를 지칭할 수 있다. The
이를 위해, 컴파일러(200)는 영상 융합 인공신경망 모델을 분석하고, 병렬 연산 흐름을 기초로, 쓰레드를 구분할 수 있다.To this end, the
NPU(100)의 PE 어레이(110)는 영상 융합 인공신경망 모델의 병렬 처리 연산이 가능한 레이어를 다중 쓰레드를 통해서 연산 효율을 향상시킬 수 있다.The
각각의 쓰레드는 서로 동일하거나 또는 상이한 개수의 프로세싱 엘리먼트들을 포함하도록 구성될 수 있다.Each thread may be configured to include the same or different numbers of processing elements.
NPU(100)는 PE 어레이(110) 내의 각 쓰레드가 칩-내부(On-chip) 메모리(120)와 통신할 수 있도록 제어할 수 있다.The
NPU(100)는 쓰레드 별 칩-내부(On-chip) 메모리(120) 내부 공간을 선택적으로 할당할 수 있다. The
NPU(100)는 쓰레드 별로 적절한 칩-내부(On-chip) 메모리(120)를 할당할 수 있다. 칩-내부 메모리(120)의 메모리 할당은 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보에 기초하여 제어부가 결정할 수 있다. The
NPU(100)는 퓨전(fusion) 인공신경망에 기초하여, PE 어레이(110) 내에 쓰레드를 설정할 수 있다.The
상기 NPU(100)는 N개의 출력부를 통하여 N개의 결과(예컨대, 이종의 추론 결과)를 출력할 수 있다.The
도 20은 본 개시의 제5 예시에 따른 NPU 아키텍처를 포함하는 시스템을 예시적으로 나타낸 개념도이고, 도 21은 도 20에 도시된 SFU의 파이프라인 구조의 제1 예시를 나타낸 예시도이다.FIG. 20 is a conceptual diagram illustrating a system including an NPU architecture according to the fifth example of the present disclosure, and FIG. 21 is an exemplary diagram showing a first example of the pipeline structure of the SFU shown in FIG. 20.
도 20을 참조하면, 상기 NPU(100)는 영상 융합 인공신경망 모델을 위한 PE 어레이(110), 칩-내부(On-chip) 메모리(120), NPU 스케줄러(130), SFU(special function unit)(160)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 20, the
상기 NPU(100)는 M개의 이종 센서들(311, 312)로부터 서로 다른 데이터를 수신할 수 있다. 상기 이종의 센서들은 서로 다른 영상 특성과 해상도를 가진 이미지 센서들을 포함할 수 있다.The
상기 NPU(100)는 컴파일러(200)로부터 영상 융합 인공신경망 모델(퓨전(fusion) 인공신경망(ANN))의 인공신경망 데이터 지역성 정보를 획득할 수 있다.The
상기 NPU(100)는 N개의 이종 데이터(예컨대, 이종의 추론 결과)를 출력할 수 있다. 상기 NPU(100)로부터 출력되는 이종의 데이터는 Image fusion, Classification, Semantic segmentation, Object detection, Prediction 등일 수 있다.The
도 21에 도시된 바와 같이, 상기 SFU(160)은 여러 기능 유닛을 포함한다. 각각의 기능 유닛은 선택적으로 동작될 수 있다. 각각의 기능 유닛은 선택적으로 턴-온되거나 턴-오프될 수 있다. 즉, 각각의 기능 유닛은 설정이 가능하다.As shown in Figure 21, the
프로세싱 엘리먼트 어레이는 영상 융합 인공신경망 모델의 주 연산을 수행하도록 구성된 회로부를 지칭할 수 있다. 주 연산은 Convolution or matrix multiplication을 지칭할 수 있다. 즉, 주 연산은 인공신경망(ANN)(예컨대, 퓨전(Fusion) 인공신경망)에서의 대부분의 연산을 지칭할 수 있다. The processing element array may refer to a circuit unit configured to perform the main operation of the image fusion artificial neural network model. The main operation may refer to convolution or matrix multiplication. In other words, the main operation may refer to most operations in an artificial neural network (ANN) (eg, Fusion artificial neural network).
특수 기능 유닛(SFU)은 영상 융합 인공신경망 모델의 특수 기능 연산을 선택적으로 수행하도록 구성된 복수의 특수 기능 회로부들의 집합을 지칭할 수 있다. 즉, 특수 기능 유닛(SFU)은 특수 기능을 추가적으로 연산할 수 있으며, 특수 기능 연산은 다양한 인공신경망(ANN))(예컨대, 퓨전(Fusion) 인공신경망)에서의 부가 연산을 지칭할 수 있다. A special function unit (SFU) may refer to a set of a plurality of special function circuit units configured to selectively perform special function calculations of an image fusion artificial neural network model. That is, the special function unit (SFU) can additionally calculate special functions, and the special function calculation may refer to additional calculations in various artificial neural networks (ANNs) (e.g., Fusion artificial neural networks).
영상 융합 인공신경망 모델의 주 연산의 연산량은 특수 기능 연산의 연산량보다 연산량이 상대적으로 더 많을 수 있다. The computation amount of the main computation of the image fusion artificial neural network model may be relatively larger than that of the special function computation.
다시 말해서, 상기 SFU(160)은 영상 융합 인공신경망 모델의 추론에 필요한 다양한 기능 유닛들을 포함할 수 있다.In other words, the
예를 들면, 상기 SFU(160)의 기능 유닛들은 건너뛰고 연결하기(skip-connection) 동작을 위한 기능 유닛, 활성화 함수(activation function) 동작을 위한 기능 유닛, 풀링(pooling) 동작을 위한 기능 유닛, 양자화(quantization) 동작을 위한 기능 유닛, NMS(non-maximum suppression) 동작을 위한 기능 유닛, 정수 및 부동 소수점 변환(INT to FP32) 동작을 위한 기능 유닛, 배치 정규화(batch-normalization) 동작을 위한 기능 유닛, 보간법(interpolation) 동작을 위한 기능 유닛, 연접(concatenation) 동작을 위한 기능 유닛, 및 바이아스(bias) 동작을 위한 기능 유닛 등을 포함할 수 있다.For example, the functional units of the
상기 SFU(160)의 기능 유닛들은 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보에 의해서 선택적으로 턴-온되거나 혹은 턴-오프될 수 있다. 부연 설명하면, 영상 융합 인공신경망 모델의 각각의 레이어가 필요로 하는 특수 기능 연산들의 종류는 각 레이어마다 상이할 수 있다. 머신 코드에 포함된 인공신경망 데이터 지역성 정보는 특정 레이어를 위한 연산이 수행될 때, 해당 기능 유닛의 턴-온 또는 턴-오프와 관련된 제어 정보를 포함할 수 있다.The functional units of the
도 22a는 도 20에 도시된 SFU의 일 예시를 나타낸 예시도이고, 도 22b는 도 20에 도시된 SFU의 다른 예시를 나타낸 예시도이다.FIG. 22A is an exemplary diagram showing an example of the SFU shown in FIG. 20, and FIG. 22B is an exemplary diagram showing another example of the SFU shown in FIG. 20.
도 22a 및 도 22b를 참조하면, 상기 SFU(160)의 기능 유닛들 중 활성화된 유닛은 턴-온 될 수 있다. Referring to FIGS. 22A and 22B, an activated unit among the functional units of the
구체적으로 도 22a에 도시된 바와 같이, SFU(160)는 건너뛰고 연결하기(skip-connection) 동작과 연접(concatenation) 동작을 선택적으로 활성화 할 수 있다. 예시적으로, 활성화된 각각의 기능 유닛은 해칭(hatching)으로 표기될 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 22A, the
예를 들면, SFU(160)는 퓨전 동작을 위해서 이종 센서 데이터를 연접할 수 있다. 예를 들면, SFU(160)의 건너뛰고 연결하기 동작을 위해서 제어부는 칩-내부 메모리(120)와 SFU(160)를 제어할 수 있다.For example, the
구체적으로 도 22b에 도시된 바와 같이, 양자화(quantization) 동작과 바이아스(bias) 동작을 선택적으로 활성화할 수 있다. 예를 들면, PE 어레이(110)에서 출력되는 특징맵 데이터의 크기를 저감하기 위해서 PE 어레이(110)에서 출력되는 특징맵을 SFU(160)의 양자화 기능 유닛이 입력 받아 특징맵을 특정 비트폭으로 양자화 할 수 있다. 그리고 양자화된 특징맵을 칩-내부 메모리(120)에 저장할 수 있다. 일련의 동작들은 제어부를 통해서 순차적으로 할 수 있으며, NPU 스케쥴러(130)가 상기 동작들의 동작 순서를 제어하도록 구성될 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 22b, quantization operation and bias operation can be selectively activated. For example, in order to reduce the size of the feature map data output from the
이와 같이 SFU(160)의 일부 기능 유닛을 선택적으로 턴-오프하는 경우, NPU(100)의 소비 전력을 절감할 수 있다. 한편, 일부 기능 유닛을 턴-오프하기 위하여, 파워 게이팅(power gating)을 이용할 수 있다. 또는, 일부 기능 유닛을 턴-오프하기 위하여, 클럭 게이팅(clock gating)을 수행할 수도 있다.In this way, when some functional units of the
도 23은 본 개시의 제6 예시에 따른 NPU 아키텍처를 포함하는 시스템을 예시적으로 나타낸 개념도이다.Figure 23 is a conceptual diagram illustrating a system including an NPU architecture according to the sixth example of the present disclosure.
도 23을 참조하면, NPU 배치 모드(Batch mode)가 적용될 수 있다. 배치 모드(Batch mode)가 적용되는 NPU(100)는 영상 융합 인공신경망 모델을 위한 PE 어레이(110), 칩-내부(On-chip) 메모리(120), NPU 스케줄러(130), SFU(special function unit)(160)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 23, NPU batch mode may be applied. The NPU (100) to which the batch mode is applied includes a PE array (110), an on-chip memory (120), an NPU scheduler (130), and a special function (SFU) for an image fusion artificial neural network model. unit) (160).
상기 NPU 스케줄러(130)는 도시된 바와 같이 제어부 내에 포함될 수 있다.The
상기 NPU(100)는 컴파일러(200)로부터 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보를 획득할 수 있다.The
본 예시에서 개시하는 배치 모드는 하나의 영상 융합 인공신경망 모델로 다수의 동일 센서를 순차적으로 처리하여 상기 하나의 영상 융합 인공신경망 모델의 가중치를 상기 다수의 동일 센서의 개수만큼 재사용하도록 하여 저전력을 달성하도록 구성된 모드를 의미한다. The batch mode disclosed in this example achieves low power by sequentially processing multiple identical sensors with one image fusion artificial neural network model and reusing the weights of the single image fusion artificial neural network model as many as the number of identical sensors. This means a mode configured to do so.
배치 모드 동작을 위해서 NPU(100)의 제어부는 칩-내부 메모리에 저장되는 가중치가 각각의 배치 채널에 입력되는 센서의 개수만큼 재사용되도록 NPU 스케줄러(130)를 제어하도록 구성될 수 있다. 즉, 예시적으로, NPU(100)가 M개의 센서로 배치 모드로 동작되도록 구성될 수 있다. 이때, NPU(100)의 상기 배치 모드 동작은 영상 융합 인공신경망 모델로 동작하도록 구성될 수 있다. For batch mode operation, the control unit of the
영상 융합 인공신경망 모델의 동작을 위해서 NPU(100)는 퓨전을 위한 복수의 배치 채널들(BATCH CH#1, BATCH CH#2)을 가지도록 구성될 수 있다. 각각의 배치 채널은 동일한 복수의 센서들을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 배치 채널(BATCH CH#1)은 복수의 제1 센서들로 구성될 수 있다. 이때, 제1 센서들은 M개일 수 있다. 제K 배치 채널(BATCH CH#K)은 복수의 제2 센서들로 구성될 수 있다. 이때, 제2 센서들은 M개일 수 있다.To operate the image fusion artificial neural network model, the
상기 NPU(100)는 제1 배치 채널을 통해 센서들(311, 312)로부터의 입력을 위해 대응되는 가중치를 칩-내부 메모리(120)에서 재사용하며 처리할 수 있다. 그리고, 상기 NPU(100)는 제2 배치 채널을 통해 센서들(321, 322)로부터의 입력을 위해 대응되는 가중치를 칩-내부 메모리(120)에서 재사용하며 처리할 수 있다. The
이와 같이, 상기 NPU(100)는 복수의 배치 채널을 통해 여러 센서들로부터 입력을 제공받고 가중치를 재사용하며 배치 모드로 영상 융합 인공신경망 모델을 처리할 수 있다. 상기 복수의 배치 채널들 중 적어도 하나의 채널의 센서와 다른 적어도 하나의 채널의 센서는 서로 상이할 수 있다.In this way, the
상기 NPU(100) 내의 칩-내부(On-chip) 메모리(120)는 복수의 배치 채널에 대응되는 저장 공간을 가지도록 설정될 수 있다.The on-
상기 NPU(100) 내의 NPU 스케줄러(130)는 배치 모드에 따라 PE 어레이(110)를 동작시킬 수 있다.The
상기 NPU(100) 내의 SFU(160)는 적어도 하나의 퓨전 동작을 처리하기 위한 특수 기능을 제공할 수 있다. The
상기 NPU(100)는 복수의 배치 채널들을 통해 각각의 출력을 전달할 수 있다.The
상기 복수의 배치 채널들 중 적어도 하나의 채널은 영상 융합 인공신경망 모델망의 추론 데이터일 수 있다.At least one channel among the plurality of placement channels may be inference data of an image fusion artificial neural network model network.
도 24는 본 개시의 제7 예시에 따라 복수의 NPU를 활용하는 예를 나타낸 예시도이고, 도 25는 도 12에 도시된 퓨전(fusion) 인공신경망을 도 24에 도시된 복수의 NPU를 통해 처리하는 예를 나타낸 예시도이다.FIG. 24 is an example diagram showing an example of utilizing a plurality of NPUs according to the seventh example of the present disclosure, and FIG. 25 is a diagram illustrating the fusion artificial neural network shown in FIG. 12 through the plurality of NPUs shown in FIG. 24. This is an example diagram showing an example.
도 24를 참조하면, 퓨전 영상을 생성하기 위하여 복수개의, 예시적으로 M개의 NPU가 사용될 수 있다. M개의 NPU 중에서 제1 NPU(100-1)는 예컨대 센서#1(311)로부터 제공되는 데이터를 처리할 수 있고, M번째 NPU(100-M)는 예컨대 센서#M(312)로부터 제공되는 데이터를 처리할 수 있다. 상기 복수의 NPU(예컨대 100-1, 100-2)는 ADC/DMA(Direct Memory Access)(400)을 통하여 칩-외부 메모리(500)에 접근할 수 있다.Referring to FIG. 24, a plurality of M NPUs, for example, may be used to generate a fusion image. Among the M NPUs, the first NPU (100-1) can process data provided from, for example, sensor #1 (311), and the M-th NPU (100-M) can process data provided by, for example, sensor #M (312). can be processed. The plurality of NPUs (eg, 100-1, 100-2) can access the chip-external memory 500 through ADC/DMA (Direct Memory Access) 400.
상기 복수의 NPU(예컨대 100-1, 100-2)는 컴파일러(200)로부터 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보를 획득할 수 있다.The plurality of NPUs (eg, 100-1 and 100-2) may obtain artificial neural network data locality information of the image fusion artificial neural network model from the
각각의 NPU는 영상 융합 인공신경망 모델을 처리하고 퓨전(fusion)을 위한 연산을 ADC/DMA(400)를 통해서 서로 다른 NPU로 전달할 수 있다.Each NPU can process an image fusion artificial neural network model and transfer operations for fusion to different NPUs through the ADC/DMA (400).
상기 ADC/DMA(400)는 상기 컴파일러(200)로부터 퓨전(fusion) 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망을 위한 데이터 지역성 정보를 획득할 수 있다.The ADC/DMA 400 may obtain data locality information for an artificial neural network of a fusion image fusion artificial neural network model from the
상기 컴파일러(200)는 영상 융합 인공신경망 모델의 인공신경망 데이터 지역성 정보에 따른 연산들 중에서 병렬 처리되어야 하는 연산들이 각 NPU에서 처리될 수 있도록, 인공신경망 데이터 지역성 정보를 데이터 지역성 정보 #1 그리고 데이터 지역성 정보#M으로 분리하여 생성할 수 있다.The
상기 칩-외부 메모리(500)는 복수의 NPU들이 공유가능한 데이터를 저장하고, 각각의 NPU에 전달할 수 있다.The chip-external memory 500 can store data that can be shared by a plurality of NPUs and transmit it to each NPU.
도 25를 참조하면, 카메라로부터 제공되는 데이터를 처리하기 위한 제1 인공신경망을 NPU#1가 담당할 수 있고, Thermal 이미지 센서로부터 제공되는 데이터를 처리하기 제2 인공신경망을 NPU#2가 담당할 수 있다. 또한, 상기 NPU#2는 제1 인공신경망과 제2 인공신경망의 퓨전을 위한 변환을 담당할 수 있다.Referring to FIG. 25,
지금까지 본 개시의 다양한 예시에 따른 영상 융합 인공신경망 모델을 위한 NPU(100)에 대하여 설명하였다. 본 개시에 따르면, 전문 디바이스가 아닌, 일반 디바이스에 내장되는 고해상도의 일반 가시광 이미지 센서와 저해상도의 열영상 이미지 센서를 활용하여, 고해상도의 열영상을 생성할 수 있다. 이에 본 개시는 저비용으로 고해상도의 열영상을 생성할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 개시는 야간 식별을 위해 만들어진 디바이스가 아닌, 예를 들어, 사용자 소지의 디바이스나 차량의 블랙박스 등에서도 영상의 야간 식별력을 향상시킬 수 있다. So far, the
<본 개시의 개시들의 간략 정리><A brief summary of the disclosures of this disclosure>
본 개시의 일 개시에 따르면, 영상 융합 인공신경망 모델을 위한 신경 프로세싱 유닛이 제공된다. 상기 영상 융합 인공신경망 모델을 위한 신경 프로세싱 유닛은, 서로 상이한 해상도 및 영상 특성을 가지는 제1 영상 및 제2 영상을 입력하여, 새로운 제3 영상을 출력하도록 학습된 영상 융합 인공신경망 모델의 머신 코드를 입력받도록 구성된 제어부; 상기 영상 융합 인공신경망 모델에 대응되는 복수의 입력 신호를 수신하도록 구성된 입력 회로; 상기 영상 융합 인공신경망 모델 연산의 주 연산을 수행하도록 구성된 프로세싱 엘리먼트 어레이; 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 특수 기능 연산을 수행하도록 구성된 특수 기능 유닛 회로; 및 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 상기 주 연산 및/또는 상기 특수 기능 연산의 데이터를 저장하도록 구성된 온-칩 메모리; 를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 머신-코드에 포함된 영상 융합 인공신경망 모델의 데이터 지역성 정보에 따라 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 연산 순서가 기 설정된 순서대로 처리되도록, 상기 프로세싱 엘리먼트 어레이, 상기 특수 기능 유닛 회로 및 상기 온-칩 메모리를 제어하도록 구성되며, 상기 제3 영상의 제3 해상도는, 상기 제1 영상의 제1 해상도와 상기 제2 영상의 제2 해상도 사이의 값을 가지며, 상기 제3 영상의 제3 영상 특성은, 상기 제1 영상의 제1 영상 특성 또는 상기 제2 영상의 제2 영상 특성과 적어도 일부 동일할 수 있다. According to one disclosure of the present disclosure, a neural processing unit for an image fusion artificial neural network model is provided. The neural processing unit for the image fusion artificial neural network model inputs a first image and a second image having different resolutions and image characteristics, and generates a machine code of the image fusion artificial neural network model learned to output a new third image. A control unit configured to receive input; an input circuit configured to receive a plurality of input signals corresponding to the image fusion artificial neural network model; a processing element array configured to perform a main operation of the image fusion artificial neural network model operation; a special function unit circuit configured to perform special function calculation of the image fusion artificial neural network model; and an on-chip memory configured to store data of the main operation and/or the special function operation of the image fusion artificial neural network model; and the control unit, the processing element array, the special processing element array, so that the operation order of the image fusion artificial neural network model is processed in a preset order according to the data locality information of the image fusion artificial neural network model included in the machine code. configured to control a functional unit circuit and the on-chip memory, wherein the third resolution of the third image has a value between the first resolution of the first image and the second resolution of the second image, The third image characteristic of the three images may be at least partially the same as the first image characteristic of the first image or the second image characteristic of the second image.
상기 제1 영상은, 가시광선 이미지 센서를 통해 획득되는 영상일 수 있다. The first image may be an image acquired through a visible light image sensor.
상기 제2 영상은, 열화상 이미지 센서를 통해 획득되는 영상일 수 있다. The second image may be an image acquired through a thermal image sensor.
상기 제1 영상 및 제2 영상은, 하나의 객체에 대한 서로 다른 영상을 포함하며, 상기 영상 특성은, 상기 제1 영상 및 제2 영상을 획득하는 이미지 센서의 종류에 의해 결정될 수 있다. The first image and the second image include different images of one object, and the image characteristics may be determined by the type of image sensor that acquires the first image and the second image.
상기 영상 융합 인공신경망 모델은, 상기 제1 영상 및 제2 영상에서 추출된 객체에서, 얼굴 영역에 대응되는 제1 부분 영상 및 제2 부분 영상만을 입력하도록 구성된 인공신경명 모델일 수 있다. The image fusion artificial neural network model may be an artificial neural network model configured to input only the first partial image and the second partial image corresponding to the face area from the object extracted from the first image and the second image.
상기 제3 영상은, 상기 제1 영상의 적어도 일부 영역에 상기 제2 영상에서 결정 가능한 적어도 하나의 특징이 적용된 영상일 수 있다. The third image may be an image in which at least one feature that can be determined from the second image is applied to at least a partial area of the first image.
상기 영상 융합 인공신경망 모델은, 상기 제1 영상에서 결정 가능한 적어도 하나의 특징과 상기 제2 영상에서 결정 가능한 적어도 하나의 특징을 강조하기 위한 가중치가 적용된 모델일 수 있다. The image fusion artificial neural network model may be a model to which weights are applied to emphasize at least one feature that can be determined in the first image and at least one feature that can be determined in the second image.
상기 영상 융합 인공신경망 모델은, 상기 제1 영상의 RGB 값 또는 상기 제1 영상의 픽셀 별 밝기 값만을 입력하도록 구성된 인공신경망 모델일 수 있다. The image fusion artificial neural network model may be an artificial neural network model configured to input only RGB values of the first image or brightness values for each pixel of the first image.
상기 제3 영상의 상기 제3 해상도는, 상기 제1 영상의 상기 제1 해상도와 동일할 수 있다. The third resolution of the third image may be the same as the first resolution of the first image.
상기 영상 융합 인공신경망 모델은, GAN(generative adversarial networks) 구조를 기초로 학습되며, 하나의 객체에 대한 서로 다른 영상을 입력으로 하여 새로운 영상을 생성하도록 구성된 생성기(generator)에 대응될 수 있다. The image fusion artificial neural network model is learned based on the GAN (generative adversarial networks) structure, and may correspond to a generator configured to generate a new image by inputting different images of one object.
상기 영상 융합 인공신경망 모델은, 상기 GAN을 구성하는 상기 생성기 및 상기 생성기에서 생성된 영상을 검증하는 검증기(discriminator)가 상호 경쟁하여 상기 제3 영상의 상기 제3 해상도를 높이기 위한 가중치를 업데이트하도록 구성된 인공신경명 모델일 수 있다. The image fusion artificial neural network model is configured so that the generator constituting the GAN and a verifier (discriminator) that verifies the image generated by the generator compete with each other to update weights to increase the third resolution of the third image. It may be an artificial neural name model.
상기 영상 융합 인공신경망 모델은, 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상과 실질적으로 유사한 형식의 학습 데이터 세트를 기초로 학습될 수 있다. The image fusion artificial neural network model may be learned based on a learning data set of a format substantially similar to the first image and the second image.
상기 프로세싱 엘리먼트 어레이는, 합성곱, 및 활성화 함수 연산을 처리하도록 구성될 수 있다. The processing element array may be configured to process convolution and activation function operations.
상기 프로세싱 엘리먼트 어레이는, 상기 제3 영상의 상기 제3 해상도를 높이기 위한, Dilated Convolution, Transposed Convolution, 및 Bilinear Interpolation 연산 중 적어도 하나의 연산을 처리하도록 구성될 수 있다. The processing element array may be configured to process at least one of Dilated Convolution, Transposed Convolution, and Bilinear Interpolation operations to increase the third resolution of the third image.
상기 프로세싱 엘리먼트 어레이에 의해서 Classification, Semantic segmentation, Object detection, 및 Prediction 중 적어도 하나의 추론 연산을 처리하도록 학습된 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 상기 적어도 하나의 추론 연산 결과를 출력하도록 구성된 출력부를 더 포함할 수 있다. It may further include an output unit configured to output the result of the at least one inference operation of the image fusion artificial neural network model learned to process at least one inference operation among classification, semantic segmentation, object detection, and prediction by the processing element array. You can.
상기 특수 기능 유닛 회로는, 인공신경망 퓨전을 위한, Skip-connection 및 Concatenation 중 적어도 하나의 기능을 더 포함할 수 있다. The special function unit circuit may further include at least one of Skip-connection and Concatenation functions for artificial neural network fusion.
상기 제어부는 스케줄러를 더 포함하고, 상기 스케줄러는, 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 데이터 지역성 정보에 기초하여 상기 온-칩 메모리에 저장된 특정 데이터를 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 특정 연산 단계까지 보존하도록, 상기 온-칩 메모리를 제어하도록 구성될 수 있다. The control unit further includes a scheduler, wherein the scheduler preserves specific data stored in the on-chip memory based on data locality information of the image fusion artificial neural network model until a specific operation step of the image fusion artificial neural network model, It may be configured to control the on-chip memory.
상기 프로세싱 엘리먼트 어레이는 복수의 쓰레드를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 데이터 지역성에 기초하여 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 병렬 구간을 처리하도록 상기 복수의 쓰레드를 제어하도록 구성될 수 있다. The processing element array may further include a plurality of threads, and the controller may be configured to control the plurality of threads to process a parallel section of the image fusion artificial neural network model based on data locality of the image fusion artificial neural network model. there is.
본 개시의 또 다른 개시에 따르면, 영상 융합 인공신경망 모델을 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은, 제1 해상도 및 제1 영상 특성을 가지는 제1 영상을 획득하는 제1 센서; 상기 제1 해상도보다 작은 제2 해상도 및 상기 제1 영상 특성과 상이한 제2 영상 특성을 가지는 제2 영상을 획득하는 제2 센서; 및 서로 상이한 해상도 및 영상 특성을 가지는 제1 영상 및 제2 영상을 입력하여, 새로운 제3 영상을 출력하도록 학습된 영상 융합 인공신경망 모델을 처리하도록 구성된 신경 프로세싱 유닛; 을 포함하고, 상기 제3 영상의 제3 해상도는, 상기 제1 영상의 제1 해상도와 상기 제2 영상의 제2 해상도 사이의 값을 가지며, 상기 제3 영상의 제3 영상 특성은, 상기 제1 영상의 제1 영상 특성 또는 상기 제2 영상의 제2 영상 특성과 적어도 일부 동일할 수 있다. According to another disclosure of the present disclosure, a system for an image fusion artificial neural network model is provided. The system includes a first sensor that acquires a first image having a first resolution and first image characteristics; a second sensor that acquires a second image having a second resolution smaller than the first resolution and second image characteristics different from the first image characteristics; and a neural processing unit configured to input a first image and a second image having different resolutions and image characteristics and process a learned image fusion artificial neural network model to output a new third image. Includes, the third resolution of the third image has a value between the first resolution of the first image and the second resolution of the second image, and the third image characteristic of the third image is, It may be at least partially the same as the first image characteristic of the first image or the second image characteristic of the second image.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 일 예시들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 개시는 반드시 이러한 예시로 국한되는 것은 아니고, 본 개시의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 개시에 개시된 예시들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예시에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 예시들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although examples of the present disclosure have been described in more detail with reference to the attached drawings, the present disclosure is not necessarily limited to these examples and may be modified and implemented in various ways without departing from the technical spirit of the present disclosure. Accordingly, the examples disclosed in the present disclosure are not intended to limit the technical idea of the present disclosure but are for illustrative purposes, and the scope of the technical idea of the present disclosure is not limited by these examples. Therefore, the examples described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of protection of this disclosure should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of this disclosure.
100: 신경 프로세싱 유닛 (NPU)
110: 프로세싱 엘레먼트(PE) 120: NPU 내부 메모리
130: NPU 스케줄러 140: NPU 인터페이스
150: 커널 생성부
200: 컴파일러
400: ADC 500: 칩 외부 메모리100: Neural Processing Unit (NPU)
110: Processing element (PE) 120: NPU internal memory
130: NPU scheduler 140: NPU interface
150: Kernel creation unit
200: Compiler
400: ADC 500: On-chip external memory
Claims (19)
상기 영상 융합 인공신경망 모델에 대응되는 복수의 입력 신호를 수신하도록 구성된 입력 회로;
상기 영상 융합 인공신경망 모델의 주 연산을 수행하도록 구성된 프로세싱 엘리먼트 어레이;
상기 영상 융합 인공신경망 모델의 특수 기능 연산을 수행하도록 구성된 특수 기능 유닛 회로; 및
상기 영상 융합 인공신경망 모델의 상기 주 연산 및/또는 상기 특수 기능 연산의 데이터를 저장하도록 구성된 온-칩 메모리; 를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 머신 코드에 포함된 영상 융합 인공신경망 모델의 데이터 지역성 정보에 따라 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 연산 순서가 기 설정된 순서대로 처리되도록, 상기 프로세싱 엘리먼트 어레이, 상기 특수 기능 유닛 회로 및 상기 온-칩 메모리를 제어하도록 구성되며,
상기 제3 영상의 제3 해상도는, 상기 제1 영상의 제1 해상도와 동일하거나 작지만, 상기 제2 영상의 제2 해상도 보다 높은 값을 가지며,
상기 제3 영상의 제3 영상 특성은, 상기 제2 영상의 제2 영상 특성과 적어도 일부 동일한, 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛.A control unit configured to receive the machine code of an image fusion artificial neural network model learned to input a first image and a second image with different resolutions and different image characteristics for an object and output a new third image. ;
an input circuit configured to receive a plurality of input signals corresponding to the image fusion artificial neural network model;
a processing element array configured to perform main operations of the image fusion artificial neural network model;
a special function unit circuit configured to perform special function calculation of the image fusion artificial neural network model; and
an on-chip memory configured to store data of the main operation and/or the special function operation of the image fusion artificial neural network model; Including,
The control unit is configured to process the processing element array, the special function unit circuit, and the operation order of the image fusion artificial neural network model in a preset order according to data locality information of the image fusion artificial neural network model included in the machine code. Configured to control on-chip memory,
The third resolution of the third image is the same as or smaller than the first resolution of the first image, but has a higher value than the second resolution of the second image,
A neural processing unit for image fusion, wherein the third image characteristic of the third image is at least partially the same as the second image characteristic of the second image.
상기 제1 영상은, 가시광선 이미지 센서를 통해 획득되는 영상인, 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛.According to paragraph 1,
The first image is an image acquired through a visible light image sensor. A neural processing unit for image fusion.
상기 제2 영상은, 열화상 이미지 센서를 통해 획득되는 영상인, 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛.According to paragraph 1,
The second image is an image acquired through a thermal image sensor. A neural processing unit for image fusion.
상기 제1 영상 및 상기 제2 영상은, 하나의 객체에 대한 서로 다른 영상을 포함하며,
상기 영상 특성은, 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상을 획득하는 이미지 센서의 종류에 의해 결정되는, 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛.According to paragraph 1,
The first image and the second image include different images of one object,
The image characteristics are determined by the type of image sensor that acquires the first image and the second image.
상기 영상 융합 인공신경망 모델은,
상기 제1 영상 및 상기 제2 영상에서 추출된 객체에서, 얼굴 영역에 대응되는 제1 부분 영상 및 제2 부분 영상만을 입력하도록 구성된 인공신경명 모델인 것을 특징으로 하는, 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛.According to clause 4,
The image fusion artificial neural network model is,
A neural processing unit for image fusion, characterized in that it is an artificial neural name model configured to input only the first partial image and the second partial image corresponding to the face region from the object extracted from the first image and the second image.
상기 제3 영상은, 상기 제1 영상의 적어도 일부 영역에 상기 제2 영상에서 결정 가능한 적어도 하나의 특징이 적용된 영상인, 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛.According to paragraph 1,
The third image is an image in which at least one feature determinable from the second image is applied to at least a partial region of the first image.
상기 영상 융합 인공신경망 모델은,
상기 제1 영상에서 결정 가능한 적어도 하나의 특징과 상기 제2 영상에서 결정 가능한 적어도 하나의 특징을 강조하기 위한 가중치가 적용된 모델인 것을 특징으로 하는, 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛.According to paragraph 1,
The image fusion artificial neural network model is,
A neural processing unit for image fusion, characterized in that it is a model to which weights are applied to emphasize at least one feature that can be determined in the first image and at least one feature that can be determined in the second image.
상기 영상 융합 인공신경망 모델은,
상기 제1 영상의 RGB 값 또는 상기 제1 영상의 픽셀 별 밝기 값만을 입력하도록 구성된 인공신경망 모델인 것을 특징으로 하는, 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛. According to paragraph 1,
The image fusion artificial neural network model is,
A neural processing unit for image fusion, characterized in that it is an artificial neural network model configured to input only the RGB value of the first image or the brightness value for each pixel of the first image.
상기 제3 영상의 상기 제3 해상도는,
상기 제1 영상의 상기 제1 해상도와 동일한, 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛.According to paragraph 1,
The third resolution of the third image is,
A neural processing unit for image fusion, wherein the first resolution is equal to the first resolution of the first image.
상기 영상 융합 인공신경망 모델은,
GAN(generative adversarial networks) 구조를 기초로 학습되며,
하나의 객체에 대한 서로 다른 영상을 입력으로 하여 새로운 영상을 생성하도록 구성된 생성기 (generator) 에 대응되는, 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛.According to paragraph 1,
The image fusion artificial neural network model is,
It is learned based on the GAN (generative adversarial networks) structure,
A neural processing unit for image fusion that corresponds to a generator configured to generate a new image by inputting different images of one object.
상기 영상 융합 인공신경망 모델은,
상기 GAN을 구성하는 상기 생성기 및 상기 생성기에서 생성된 영상을 검증하는 검증기 (discriminator) 가 상호 경쟁하여 상기 제3 영상의 상기 제3 해상도를 높이기 위한 가중치를 업데이트하도록 구성된 인공신경명 모델인 것을 특징으로 하는, 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛.According to clause 10,
The image fusion artificial neural network model is,
Characterized in that the generator constituting the GAN and a verifier (discriminator) that verifies the image generated by the generator compete with each other to update the weight to increase the third resolution of the third image. Characterized in that it is an artificial neural name model configured to update , Neural processing unit for image fusion.
상기 영상 융합 인공신경망 모델은,
상기 제1 영상 및 상기 제2 영상과 실질적으로 유사한 형식의 학습 데이터 세트를 기초로 학습되는, 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛. According to paragraph 1,
The image fusion artificial neural network model is,
A neural processing unit for image fusion that is learned based on a learning data set of a format substantially similar to the first image and the second image.
상기 프로세싱 엘리먼트 어레이는,
합성곱, 및 활성화 함수 연산을 처리하도록 구성된, 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛.According to paragraph 1,
The processing element array is,
A neural processing unit for image fusion, configured to process convolution, and activation function operations.
상기 프로세싱 엘리먼트 어레이는,
상기 제3 영상의 상기 제3 해상도를 높이기 위한, 행렬 곱셈, Dilated Convolution, Transposed Convolution, 및 Bilinear Interpolation 연산 중 적어도 하나의 연산을 처리하도록 구성된, 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛.According to paragraph 1,
The processing element array is,
A neural processing unit for image fusion, configured to process at least one of matrix multiplication, dilated convolution, transposed convolution, and bilinear interpolation operations to increase the third resolution of the third image.
상기 프로세싱 엘리먼트 어레이에 의해서 Classification, Semantic segmentation, Object detection, Pose estimation, 및 Prediction 중 적어도 하나의 추론 연산을 처리하도록 학습된 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 상기 적어도 하나의 추론 연산 결과를 출력하도록 구성된 출력부를 더 포함하는, 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛. According to paragraph 1,
An output unit configured to output the result of the at least one inference operation of the image fusion artificial neural network model learned to process at least one inference operation among classification, semantic segmentation, object detection, pose estimation, and prediction by the processing element array. Further comprising: a neural processing unit for image fusion.
상기 특수 기능 유닛 회로는, 인공신경망 퓨전을 위한, Skip-connection 및 Concatenation 중 적어도 하나의 기능을 더 포함하는, 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛.According to paragraph 1,
The special function unit circuit further includes at least one function of skip-connection and concatenation for artificial neural network fusion.
상기 제어부는 스케줄러를 더 포함하고,
상기 스케줄러는, 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 데이터 지역성 정보에 기초하여 상기 온-칩 메모리에 저장된 특정 데이터를 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 특정 연산 단계까지 보존하도록, 상기 온-칩 메모리를 제어하도록 구성된, 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛.According to paragraph 1,
The control unit further includes a scheduler,
The scheduler is configured to control the on-chip memory to preserve specific data stored in the on-chip memory until a specific operation step of the image fusion artificial neural network model based on data locality information of the image fusion artificial neural network model. , Neural processing unit for image fusion.
상기 프로세싱 엘리먼트 어레이는 복수의 쓰레드를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 데이터 지역성에 기초하여 상기 영상 융합 인공신경망 모델의 병렬 구간을 처리하도록 상기 복수의 쓰레드를 제어하도록 구성된 영상 융합을 위한 신경 프로세싱 유닛.According to paragraph 1,
The processing element array further includes a plurality of threads,
The control unit is configured to control the plurality of threads to process parallel sections of the image fusion artificial neural network model based on data locality of the image fusion artificial neural network model.
상기 객체에 대해서 상기 제1 해상도보다 작은 제2 해상도 및 상기 제1 영상 특성과 상이한 제2 영상 특성을 가지는 제2 영상을 획득하는 제2 센서; 및
서로 상이한 해상도 및 영상 특성을 가지는 제1 영상 및 제2 영상을 입력하여, 새로운 제3 영상을 출력하도록 학습된 하나의 영상 융합 인공신경망 모델을 처리하도록 구성된 신경 프로세싱 유닛; 을 포함하고,
상기 제3 영상의 제3 해상도는, 상기 제1 영상의 제1 해상도와 동일하거나 작지만, 상기 제2 영상의 제2 해상도 보다 높은 값을 가지며,
상기 제3 영상의 제3 영상 특성은, 상기 제2 영상의 제2 영상 특성과 적어도 일부 동일한, 영상 융합을 위한 인공신경망 시스템.A first sensor that acquires a first image with first resolution and first image characteristics for one object;
a second sensor for acquiring a second image of the object having a second resolution smaller than the first resolution and second image characteristics different from the first image characteristics; and
a neural processing unit configured to input a first image and a second image having different resolutions and image characteristics and process an image fusion artificial neural network model learned to output a new third image; Including,
The third resolution of the third image is the same as or smaller than the first resolution of the first image, but has a higher value than the second resolution of the second image,
An artificial neural network system for image fusion, wherein the third image characteristics of the third image are at least partially the same as the second image characteristics of the second image.
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2022
- 2022-11-29 KR KR1020220162919A patent/KR102651559B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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