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Cooperative Scheduling Schemes for Explainable DNN Acceleration in Satellite Image Analysis and Retraining

저자:

김우중, 윤찬현(지도교수)

 

Abstract:

딥 러닝 기반 위성 이미지 분석 및 이를 위한 학습 시스템은 지상 물체의 정교한 분석 능력을 향상시키는 방향으로 새로운 기술들이 개발되고 있다. 이러한 기술들 기반에서 위성 이미지 분석 및 학습 과정에 설명 가능한 DNN 모델을 적용하기 위해 새로운 가속 스케줄링 메커니즘을 제안하고자 한다. 특히, 기존의 DNN 가속 기법들로는 설명 가능한 DNN 모델의 연산 복잡성과 위성 이미지 분석 및 재학습 비용으로 인해 연산 처리 및 서비스 측면에서의 성능 저하를 초래한다. 본 논문에서는 이러한 성능 저하를 극복하기 위해 위성 이미지 분석 및 재학습 프로세스에서 설명 가능한 DNN 가속을 위한 협력 스케줄링 체계를 제안한다. 이를 위해 설명 가능한 DNN 가속화에 필요한 최적화된 처리 시간과 비용을 도출하기 위한 지연 시간 및 에너지 비용 모델링을 정의한다. 이를 토대로, FPGA-GPU 가속 시스템에서 설명 가능한 DNN의 계층 수준 관리를 통한 스케줄링 기법을 제안하며, 해당 기법을 통해 연산 처리 비용을 최소화할 수 있음을 확인하였다. 또한, 재학습 과정을 가속화하는 데 있어 신뢰 임계값과 준지도 학습 기반 데이터 병렬화 체계를 적용한 적응형 Unlabeled 데이터 선택 기법을 제안한다. 실험 성능 평과 결과, 제안된 기법이 지연 시간 제약을 보장하는 동시에 기존 DNN 가속 시스템의 에너지 비용을 최대 40%까지 절감한다는 것을 확인하였다.

 

 

논문 정보:

Kim, Woo-Joong, and Chan-Hyun Youn. “Cooperative Scheduling Schemes for Explainable DNN Acceleration in Satellite Image Analysis and Retraining.” IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems 33.7, 2021, p.1605-1618.