I AE S In t er na t io na l J o urna l o f   Ro bo t ics a nd   Aut o m a t io ( I J RA)   Vo l.  14 ,   No .   4 Dec em b er   20 25 ,   p p .   3 6 6 ~ 3 7 5   I SS N:  2722 - 2 5 8 6 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i jr a . v 14 i 4 . pp 3 6 6 - 375           366       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij r a . ia esco r e. co m   surv ey   o co nv o lutiona l neural n etwork  ha rd wa re  a cceleratio n t h ro ug h app ro x ima te   co mputing   mul tip le and  a ccumula tes  uni t       Su v it ha   P a t hiy a da n Sud ha k a ra n ,   Aa t hm a nes a n T ha ng a k a la i   D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o mm u n i c a t i o n   En g i n e e r i n g ,   V e l   T e c h   R a n g a r a j a n   D r .   S a g u n t h a l a   R &D   I n st i t u t e   o f   S c i e n c e   a n d   Te c h n o l o g y ,   C h e n n a i ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   6 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Au g   6 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Au g   2 6 ,   2 0 2 5       Co n v o l u ti o n a n e u ra n e two rk s   ( CNN s)  a re   a p p li e d   to   a   d iffere n t   ra n g e   o f   re a l - wo rld   c o m p le x   tas k t o   p r o v id e   e ffe c ti v e   so l u ti o n wit h   h i g h   a c c u ra c y .   Ba se d   o n   t h e   a p p li c a ti o n ' c o m p lex it y ,   CNN   d e m a n d a   l o o f   p ro c e ss in g   u n it a n d   m e m o ry   sp a c e fo it e ffe c ti v e   imp lem e n tatio n .   Bri n g i n g   th is   c o m p u tati o n a tas k   to   h a rd wa re   fo p r o c e ss in g   t h e   d a ta  t o   e n h a n c e   th e   a c c e ler a ti o n   h e lp i n   a c h iev i n g   r e a l - ti m e   p e rfo rm a n c e   imp ro v e m e n t.   Re c e n t   stu d ies   f o c u se d   o n   a p p ro x ima ti o n   m e th o d o lo g y   t o   o v e rc o m e   t h is   p r o b lem .   Th is  p r o p o se d   su r v e y   a n a l y z e v a rio u re c e n m e th o d in v o lv e d   in   imp lem e n ti n g   a p p r o x ima ti n g   c o m p u ti n g - b a se d   p r o c e ss in g   e le m e n ts  a n d   th e ir  u sa g e   in   CNN s.  P rima ril y ,   th e   su r v e y   fo c u se o n   m u l ti p le  a n d   a c c u m u late (M AC)  u n it   a n d   th e ir  v a rio u a p p ro x ima ti o n   m e th o d s,  wh ich   a c ts  a a   fu n d a m e n tal  b l o c k   a a   p ro c e ss in g   e lem e n i n   t h e   CN lay e rs.  S e c o n d l y ,   it   f o c u se o n   v a ri o u s   CNN   h a rd wa re   a c c e lera ti o n   a rc h it e c tu re a n d   th e ir  lay e rs  d e sig n e d   u si n g   d iffere n m e th o d a n d   th e ir  wi d e   ra n g e   o f   a p p li c a ti o n s.  S o m e   o t h e   re c e n d e sig n   m e th o d a p p li e d   to   v a rio u ra n g e o f   a p p li c a ti o n a re   a lso   a n a ly z e d   i n   th e   p r o p o se d   su rv e y .   T h is  d e taile d   a n a ly sis   g iv e a n   o u tl o o k   o n   e ffe c ti v e   a p p ro x ima ti o n   b l o c k a n d   th e   CNN   a rc h it e c tu re   to   b e   e ffe c ti v e ly   u se d   in   v a ri o u d e sig n s ,   wit h   a   sc o p e   o a re a   in   wh ich   fu tu re   imp r o v e m e n c a n   b e   m a d e .   K ey w o r d s :   Ap p r o x im ate  m u ltip le  an d   ac cu m u lates   C o n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k s   Dee p   lear n in g   E r r o r   t o ler an t d esig n   Har d war ac ce ler atio n   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Su v ith Path iy ad an   Su d h ak a r a n   Dep ar tm en t o f   E lectr o n ics an d   C o m m u n icatio n   E n g in ee r i n g ,   Vel  T ec h   R an g ar ajan   Dr .   Sag u n th ala  R & I n s titu te  o f   Scien ce   an d   T ec h n o lo g y   Av ad i,  C h en n ai,   T a m il Na d u ,   6 0 0 0 6 2 ,   I n d ia   E m ail:  s u v ith ap s v td 1 2 5 2 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   W ith   cu r r en ad v an ce m e n ts   in   tech n o lo g y ,   ar tific ial  in tellig en ce   ( AI )   h as  its   p r esen ce   in   alm o s all  f ield s ,   r an g in g   f r o m   b io m ed ic al  to   ag r icu ltu r an d   au to m ati o n   to   co m m u n icatio n   [ 1 ] .   AI   c o n tin u o u s ly   ev o lv es   with   th h elp   o f   v ar io u s   tr ain i n g   m o d els  o r   d atasets   av ailab le  an d   f r eq u en tly   u p d ated   d at f o r   im p r o v in g   its   ac cu r ac y   an d   ac ce ler atio n   th r o u g h   in - b u ilt  m em o r y   [ 2 ] .   So m co n v e n tio n al  d i g ital  s ig n al  p r o ce s s in g   ( DSP)   b lo ck s   lack   f lex ib ilit y   f o r   p r o ce s s in g   v ar io u s   b it  len g t h   d ata;  to   o v er co m th is   d is ad v an t ag h ar d co r e   DSP  b lo ck   in   f ield   p r o g r am m a b le  g ated   ar r ay   ( FP GA)   is   u t ilized .   FP GA,   with   it s   h ig h   p er f o r m a n ce   an d   r ec o n f ig u r ab ilit y ,   h elp s   in   en h an cin g   t h ac ce ler atio n   o f   n eu r al  n etwo r k   p r o ce s s es  th r o u g h   m o d e   s elec tio n   in   an d   r u n - tim r ec o n f ig u r atio n   o f   ac ce ler ato r   b lo ck s   [ 3 ]   Ap p r o x im ate  c o m p u tin g   ac ts   as  an   ef f ec tiv m eth o d o lo g y   in   r ed u cin g   r eso u r ce   u tili za tio n ,   p o wer   co n s u m p t io n ,   al o n g   wi th   p e r f o r m an ce   i m p r o v e m e n t   i n   v a r i o u s   d ee p   le ar n i n g   m et h o d s ,   wh i ch   a cc ep ts   m i n i m al   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:   2722 - 2 5 8 6         A   s u r ve o n   co n vo lu tio n a l n e u r a l n etw o r h a r d w a r a cc elera tio n     ( S u vith a   P a t h iya d a n   S u d h a ka r a n )   367   to ler ab le  v a r iatio n s   in   th e   ar i th m etic  o u tp u th r o u g h   p ar all el  co m p u tatio n s   an d   b y   u s in g   co m p r ess o r s   [ 4 ] B ec au s m ac h in lear n in g   in v o lv es  lar g n u m b er   o f   M AC   b lo ck s   [ 5 ] ,   wh ich   ar u s ed   in   co n v o lu tio n al   lay er s   in v o lv in g   k er n el  m at r ix   p r o ce s s in g .   T h h y b r id   s y s to lic  d esig n   with   f ac to r ed   p r o p ag ate  ad d er   [ 6 ] MA C   with   in ter n al  co m p r es s o r   f o r   p a r tial  p r o d u ct  r ed u c tio n ,   im p r ec is ad d er   an d   m u ltip lier   co m b i n ed   s tr u ctu r [ 7 ] ,   an d   p a r allel  MA C   f o r   ef f icien t   DNN  in ter f ac e   ar v ar i o u s   MA C   d esig n s   [ 8 ] .   MA C   u n it  in   C NN  lay er   in v o lv es  m u ltip lier   an d   ad d er   u n its   wh ich   ac co u n to   5 5   to   6 5 o f   th o v er all  ar ea .   T h ap p r o x im atio n   ca n   b d o n e   in   v ar io u s   wa y s   in   ad d e r   an d   m u ltip lier   cir cu its   with o u co m p r o m is in g   th e   d e s ir ab le  ac cu r ac y   b y   in p u o p e r an d   awa r a p p r o x im atio n ,   a p p r o x im atio n   with   s elf - er r o r   ad ju s tm en t,   lo g ar ith m ic  b ase d   ap p r o x im atio n   m u ltip licatio n ,   an d   th r o u g h   p a r tial  p r o d u ct   s eg m en tatio n   an d   p ar tial   ad d itio n .   Sen s itiv ity - b ased   er r o r   to ler an d esig n   u s e s   v o ltag s ca lin g   an d   s ca lin g   b y   elim in atin g   u n u s ed   b l o ck s   [ 5 ]   T h in cr ea s in   th u s ag o f   C NN  n ee d s   ef f ec tiv ac ce ler a tio n   ar ch itectu r e   f o r   d esig n   [ 9 ]   with   lar g e   weig h b o u n d   an d   m atr ix   o p er atio n s   lik weig h t - o r ien ted   a p p r o x im atio n ,   C NN  with   er r o r   co r r ec tio n   m o d u le,   d u al  p r ec is io n   with   r eu s in g   o u tp u p a r tially ,   s h if tin g   b ased   C NN  to   r e d u ce   th m u ltip lier   c o m p lex ity   [ 1 0 ]   a n d   C NN  wi th   er r o r   r ate  an aly s is .   C er tain   m eth o d s   th at  ar ca p ab le  o f   ad ju s tin g   th p r o ce s s in g   elem en ts   d u r in g   r u n   tim im p r o v th r ec o n f ig u r atio n   [ 1 1 ] .   T h ap p licati o n - s p ec if ic  ac ce ler ato r   s u ch   as  Sq u ee ze Net  an d   Mo b ileNet,   also   m in i m izes  th ab o v e - m e n tio n ed   p r o b lem   b y   o p tim izin g   t h in te r n al  lay er s   in v o l v ed   i n   co m p u tatio n   co m p a r ed   to   c o n v en tio n al  a r ch itectu r es.  Var io u s   o th er   m eth o d o l o g ies  lik lo n g   s h o r t - ter m   m em o r y   ar ef f ec tiv in   ac h ie v in g   h ig h   p r ec is io n   in   p r o ce s s in g   E C s ig n als,  b u i n ee d s   o th er   alg o r ith m s   to   class if y   th o u tp u t sig n al  [ 1 0 ] .   C u r r en r esear ch   r elate d   t o   th ap p r o x im ate  co m p u tin g   o f   t h MA C   u n it  f o cu s es  o n   th m u ltip lier s   an d   ad d er   d esig n .   I n   2 0 2 1 ,   FP GAs  p r o ce s s   two   m u ltip ly - an d - ac cu m u late  ( MA C )   o p er atio n s   at  o n ce   in s id o n DSP  b lo ck .   An   ap p r o x im ate  co m p u tin g   ap p r o ac h   p r o v i d es  en er g y - ef f icien m u ltip ly - ac cu m u late  ( MA C )   p r o ce s s in g   [ 1 2 ] .   I n   o r d er   to   f u r th er   m i n im ize  p o wer   c o n s u m p tio n ,   l o w - p o wer   C I tec h n iq u m o d if ies  th e   ca n o n ical  s ig n ed   d i g it  f o r   th n etwo r k   weig h ts   an d   m o d if i ed   r ad ix - 4   B o o th   alg o r ith m   at  th in p u t.  T h d ata  p ath   en ab les th in ter n al  ex p lo itatio n   o f   s elf - h ea lin g   in   p a r allel  d esig n   [ 1 3 ] .   A n   en er g y - ef f i cien t d ee p   lear n in g   ac ce ler ato r   with   cu s to m izab le   r u n tim ac cu r ac y   is   p r e d icate d   o n   t h v o ltag e   o v e r   s ca lin g   ( VOS)   ap p r o ac h .   T h r ed u ctio n   m eth o d   lo wer s   en er g y   a n d   p o wer ,   a n d   d ela y   wh ile  m ain tain in g   to le r ab le  l ev el  o f   q u ality .     Fro m   r ec en t   r esear ch ,   ex is tin g   tech n iq u es  co n s u m e   m o r ar ea ,   p o we r   ef f icien c y   a n d   d elay .   T h e   ex is tin g   tech n iq u h ad   p er f o r m ed   h i g h   c o m p u tatio n al  c o m p lex ity   in   th h ar d war e .   Ap p r o x im ate  co m p u tin g   in cr ea s es  th ar ea   an d   also   af f ec ts   o v er all   e f f icien cy .   T o   o v er co m e   th ese  is s u es,  ap p r o x i m ate  co m p u tin g   is   u s ed   in   th Mu ltip ly   an d   Acc u m u late  u n it,  in   C NN  h ar d war e   ac ce ler atio n   h as b ee n   p r o p o s e d .   T h p r o p o s ed   m eth o d   u tili ze s   ap p r o x im ate  MA C   in   C NN   f o r   h ar d war ac ce ler ato r s .   T h s u r v ey   f o cu s es  o n   n o v el  ap p r o ac h es  f o r   d ev elo p i n g   th MA C   u n it   in   th e   p r o ce s s in g   elem en o f   C NN  ac ce ler ato r s .   T h is   s tu d y   s h o ws  th at  u tili zin g   d y n a m ic  v o ltag e   s ca lin g ,   ap p r o x im atio n   MA C - b ased   C NN  ac ce ler ato r s   m ay   m in im ize  p o wer   u s ag a n d   m ain tain   ac ce p tab le  ac cu r ac y   lev els.  T h ese  ap p r o ac h es  o f f er   f r am ewo r k s   f o r   m in im izin g   en e r g y   u s ag a n d   r eso u r ce   r ed u ctio n   with   ac c ep tab le  er r o r .   T h is   s tu d y   a n aly s es  th tr ad e - o f f s   b etwe en   ac cu r ac y   lo s s   an d   en e r g y   s av in g s   ac r o s s   d if f er en t a p p r o x im atio n   lev els.   T h r esear ch   q u esti o n s   o f   th e   s u g g ested   m eth o d o lo g y   ar e   a.   Ho ca n   ap p r o x im ate  MA C   o p er atio n s   b ef f ec tiv ely   u tili ze d   in   C NN  ac ce ler ato r s ?   b.   Ho ca n   an   o p tim al  b alan ce   b etwe en   en er g y   ef f icien cy   an d   i n f er en ce   ac c u r ac y   b m ain tain ed ?   T h s u r v ey   p a p e r   is   p r es en te d   as   f o l lo ws.   T h a p p r o x im at c o m p u t in g   o f   t h e   MA C   u n i b ase d   o n   v a r i o u s   r ec e n t   m u lti p l ie r s   a n d   a d d e r   d esi g n s   is   lis t e d   in   S e cti o n   2 .   An   ex p l a n at io n   o f   C NN  la y e r s   a n d   th ei r   r e ce n t   m et h o d o l o g ies   f o r   h ar d wa r e   a cc ele r ati o n   is   d es cr i b ed   i n   S ec ti o n   3 .   T h e   r es u lts   o f   v a r i o u s   m u lti p l ie r   d esi g n s   a r e   d is c u s s e d   i n   Se cti o n   4 .   F u t u r e   r e co m m e n d ati o n s   a r e   s u g g este d   i n   Se cti o n   5 .   Secti o n   6   co n cl u d es   th e   s u r v ey .       2.   P RO P O SE M E T H O D   T h is   s e cti o n   d es cr i b es  t h e   a p p r o x i m at co m p u ti n g - b as ed   MA C   u n i ts   a n d   t h ei r   i n t eg r a ti o n   i n t o   t h C NN  ac c ele r at o r   t o   e n h a n c e   h ar d wa r ef f i ci en cy   w h i le   m ai n tai n i n g   ac ce p ta b l e   ac c u r ac y   le v els .   B y   em p l o y i n g   ap p r o x i m a te   c o m p u t in g ,   t h e   d esi g n   d y n a m i ca l ly   a d j u s ts   MA C   p r e cisi o n   ac co r d i n g   t o   t h e   co m p u tat io n al  d e m a n d   o f   e ac h   C NN  la y e r .   Ov e r a ll ,   t h p r o p o s e d   m e th o d   ac h i e v es  a n   e f f ic ie n t   t r a d e - o f f   b e twe en   a cc u r ac y   an d   p er f o r m a n ce ,   p r o v i d i n g   s ca l ab le   a n d   p o we r - e f f ici en t C NN  a cc ele r at o r   s u ita b l f o r   r e a l - ti m e   a p p l ica ti o n s .     2 . 1 .     Ana ly s is   o f   v a rio us   des i g ns   inv o lv ing   a pp ro x im a t e   c o m pu t ing   M AC    I n   C NN   a cc ele r at o r s ,   a d a p ti v e   a p p r o x i m at io n   d y n a m i ca l ly   m o d if ies   t h e   a cc u r ac y   o f   MA C   o p e r at io n s   ac c o r d in g   to   t h e   d em a n d s   a n d   in tr ica c y   o f   A I   t ask s .   B y   ass i g n i n g   g r e at er   p r e cisi o n   t o   c r u c ial  ca l c u la ti o n s   a n d   p e r m itti n g   ap p r o x im ati o n   i n   le s s   s en s iti v e   p r o c ed u r es ,   t h is   m eth o d   m a x i m i ze s   ac cu r a c y   a n d   en e r g y   ef f i ci en cy .   L o w - p r i o r it y   p o s it io n s ,   li k e   v o ice   r e co g n it io n   o r   lo w - r es o l u t i o n   v i d eo   p r o ce s s in g ,   f o r   i n s ta n c e,   m a y   wi th s ta n d   g r ea te r   a p p r o x im ati o n   le v els ,   wh ic h   r es u lts   i n   s u b s ta n ti al   e n e r g y   s av in g s .   O n   th e   o t h e r   h a n d ,   l o w er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE I n J   R o b   &   A u to m Vo l .   14 ,   No .   4 Dec em b er   20 25 :   3 6 6 - 3 7 5   368   ap p r o x i m a ti o n   l ev els  a r r e q u ir e d   t o   p r ese r v e   ac c u r ac y   in   h i g h - p r ec is i o n   a cti v i ties   li k e   au t o n o m o u s   d r i v i n g   an d   m e d ic al   i m a g i n g .   C NN   ac c ele r a to r s   m a y   m o d i f y   M AC   p r ec is i o n   in   r ea l - ti m e   b y   i n c lu d i n g   a d ap ti v e   ap p r o x i m a ti o n   t ec h n i q u es,   g u ar an tee in g   a n   id ea l   b al a n ce   b etwe e n   a cc u r a cy   a n d   p o we r   u s e.   C NN  h ar d w ar e   m a y   b e   m a d e   m o r e   v e r s atil e   b y   i m p le m e n ti n g   r u n ti m e - co n f i g u r ab le   M AC   u n its   an d   p r ec is tas k   al lo ca ti o n .   A   b asi d ia g r a m   o f   t h s t r u c tu r e   o f   t h MA C   u n it  is   s h o w n   i n   Fig u r 1 .   T h e   i n p u ts   o f   M A C   ar t h ac t iv ati o n   in p u t( X)   a n d   th w ei g h t ( Y) .   Mu l ti p li er   o u t p u t   ( Z )   an d   r eg is ter   v al u e ( R )   ar ad d ed   t o   p r o d u c t h ac c u m u lat e d   o u t p u ( A )   in   e ac h   cl o c k   c y cl e .   T h e   e q u at io n   o f   t h e   g e n e r a liz e d   MA C   is   g i v e n   i n   ( 1 ) .     = ( ) + = +                                                                                                                  ( 1 )     T h h ar d war C NN  ac ce ler ato r s   ar g en e r ally   d esig n e d   ar o u n d   MA C   b lo ck s .   E f f icien M AC   b ased   o n   er r o r - t o ler ab le  a p p r o x im at co m p u tin g   r esu lts   in   ar ea   an d   en e r g y - ef f icien h ar d war ac ce ler atio n .   T o   im p r o v e   th th r o u g h p u t,  th e   c o m m o n   weig h f o r   two   ac tiv a tio n   in p u ts   is   m u ltip lied   u s in g   p ar allel  d o u b le   MA C   o p er atio n .     An o th e r   lo co m p lex ity   d esig n   f o r   p r o c ess in g   ad d er s   an d   m u ltip lier s   is   u s in g   s to ch asti co m p u tin g ,   in   wh ich   m u ltip lie r s   ar d esig n ed   u s in g   an   AND  g ate  ar r ay .   I r eq u i r es  lo w - co m p lex ity   r an d o m   b it  g en er ato r   f o r   g e n er atin g   t h p r o b ab ilit y .   Fu s ed   a d d er - m u ltip lier   d esig n   also   elim in ates  co n s id er ab le   am o u n t o f   r eso u r ce s   th r o u g h   r eu s in g   th ad d er   in   t h m u ltip l ier   p o r tio n   f o r   th ac c u m u latio n   o p er atio n .   So m e   p h y s ical  lev el  ap p r o ac h es u s v o ltag s ca lin g   m eth o d   to   i n ject  ap p r o x im atio n   in   th e   cir cu it to   lev el  u p   to   t h p er f o r m an ce   is   n o t   af f ec te d .   Fig u r e   2   s h o ws  th e   v a r io u s   ap p r o x im ati o n   m eth o d s   f o r   d esig n in g   an   ap p r o x im ate  m u ltip lier   an d   an   ap p r o x im ate  ad d e r - b ased   MA C   u n it.   T h m ajo r ity   o f   r ec e n ap p r o x im ate  m u ltip lier   u s es  ap p r o x im ate  co m p r ess o r s   f r o m   4 : 2   to   8 :2   f o r   p ar tial  p r o d u ct  r e d u ctio n .   I n   4 :2   co m p r ess o r - b ased   MA C   with   to ler ab le  er r o r   in v o lv es  th in ter leav in g   o f   p o s itiv an d   n eg ativ co m p r ess o r s .   lo co m p lex ity   m u ltip lier   d esig n   in v o lv in g   f r ee   g ate - b ased   co m p r ess o r   u s in g   p r o b ab ilit y   an aly s is   is   d e s cr ib ed   an d   ap p lied   to   v ar io u s   er r o r - to ler an ap p licatio n s .   Hig h - p er f o r m an ce   m u lti - lev el  co m p r ess o r s   in v o lv in g   4 :2 ,   5 :2 ,   an d   7 :2   with   m o d if ied   s tr u ctu r in   wh ich   ca r r y   o u t   d o es  n o t   d ep e n d   o n   ca r r y   in   ar d escr ib ed .   n o v el   cu s to m ized   co m p r ess o r   is   u s ed   f o r   r ed u ci n g   t h p o wer   co n s u m p tio n .   T h a p p r o x im at io n   is   ap p lied   to   v ar io u s   tr ee - b ased   m u ltip lier   d esig n s ,   s u ch   as  th W allac tr ee   m u ltip lier   an d   Dad d m u ltip li er .           Fig u r 1 .   Gen e r al  MA C   ar ch itectu r e           Fig u r 2 .   Ap p r o x im atio n   m et h o d   in v o lv ed   i n   MA C ,   m u ltip lier ,   an d   a d d er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:   2722 - 2 5 8 6         A   s u r ve o n   co n vo lu tio n a l n e u r a l n etw o r h a r d w a r a cc elera tio n     ( S u vith a   P a t h iya d a n   S u d h a ka r a n )   369   m o d i f ie d   b o o t h   m u l ti p li er   m i n im iz es  t h e   p ar tia p r o d u ct   b y   h al f   an d   is   a ls o   a p p r o x i m at ed   b y   u s i n g   an   a p p r o x i m at b o o th   e n c o d e r .   A n   ap p r o x i m a te   B o o t h   m u l tip lie r   b ase d   o n   t r u n ca ti o n   a n d   ca r r y - b ase d   e r r o r   co m p e n s at io n   is   u til ize d ,   a n d   a n   a p p r o x i m a te  r a d i x - 4   B o o t h   e n c o d e r   s u it ab le  f o r   i m a g p r o c ess in g   a p p lic ati o n s   is   d esc r i b e d .   I n p u o p e r a n d - b a s ed   s e g m e n ta ti o n   is   als o   a n o t h er   m et h o d o l o g y   t h a m i n i m iz e s   t h e   c o m p u ta ti o n al   co m p le x it y   o f   t h e   m u l ti p li er   b y   o p e r a ti n g   wi th   o n l y   n o n - z e r o   e le m e n t   p o r ti o n   o f   th p ar ti al  p r o d u c t.   Ad d er   is   u s ed   in   th last   s tag e,   ad d itio n   an d   ac cu m u latin g   o f   th d ata  s to r ed   in   th MA C   u n it.  I n   th e   L SB - b ased   ap p r o x im atio n   lo wer   p ar o f   th a d d er   is   r e p lace d   with   co n s tan OR - g ate,   wh ich   m in im izes   o v er all  e r r o r   co m p ar ed   to   d ir e ct  tr u n ca tio n .   E r r o r   m et r ics  o f   th L SB   ad d e r   ar e   ca lcu lated   an d   c o m p ar e d .   T h e   ca r r y   s p ec u lativ e   lo g ic  is   also   u s ed   in   v ar io u s   liter atu r wo r k s   f o r   m in im izin g   th cr itical  p ath   d elay   b y   p r e - g en er atin g   th ca r r y .   An   er r o r   co m p en s atio n   cir cu it  is   in co r p o r ate d   in to   b lo ck - b ased   s p ec u latio n   to   r ec tify   s p ec u lativ er r o r s .   T o   m ak th ad d er   a p p r o p r iate  f o r   h ig h - s p ee d   ap p licatio n s ,   h ig h - s p ee d   p ar allel  p r ef i x   ad d er s   lik e   B r en t - Ku n g ,   Han ca r ls o n ,   Sk lan s k y ,   a n d   K o g g e   Sto n a r also   ap p r o x im ated   b y   elim in atin g   th e   in ter m ed iate  p r o p ag ate - g e n er ate  s tag to   r ed u ce   th r eso u r ce   u tili za tio n .   T ab le  1   lis ts   ap p r o x im ate  MA C   d esig n s   in v o lv in g   v ar i o u s   m u l tip lier s   an d   ad d er s   in   th r ec en t liter atu r e.       T ab le  1 .   Ap p r o x i m ate  MA C   d esig n   in v o lv in g   v a r io u s   m u ltip lier s   an d   ad d er s   M e t h o d o l o g y   D e v i c e   B i t   w i d t h   A p p l i c a t i o n   Ty p e   R e s u l t   o u t c o me   D o u b l e   M A C   [ 1 3 ]   X i l i n x   V i r t e x 7   4 8 5 F P G A   8 - b i t   A l e x N e t   a n d   V G G   P e r f o r ma n c e   i m p r o v e me n t   f r o m 1 4 to   8 0 %   M A C   u s i n g   a p p r o x i ma t e   c o m p r e ss o r   w i t h   b a l a n c e d   e r r o r   a c c u mu l a t i o n   [ 1 4 ]   S y n o p sy s   d e si g n   c o m p i l e r   i n   a   2 8   n C M O S   16 - b i t   M o b i l e N e t V 2   a n d   S q u e e z e N e t   En e r g y   o p t i m i z a t i o n   b y   m o r e   t h a n   3 5 %   R e c u r si v e   m u l t i p l i c a t i o n   [ 1 5 ]   4 5   n m   t e c h n o l o g y   n o d e   w i t h   TS M C   l i b r a r y   8 - b i t   G a u ss i a n   sm o o t h i n g   6 0 e n e r g y   s a v i n g s   R a d i x - 4   a l g o r i t h m   a l o n g   w i t h   c a n o n i c a l   r e p r e se n t a t i o n   [ 1 6 ]   45   n m   a n a l o g   d e si g n   u si n g   c a d e n c e   8 - b i t   A l e x N e t   En e r g y   e f f i c i e n c y   a c h i e v e d   b y   4 1 . 6 %   B i n a r y w a r e   h a r d w a r e   a c c e l e r a t o r   [ 1 7 ]   2 8   n m   C M O S   t e c h n o l o g y   1 0 2 4 - b i t   A l e x N e t   a n d   V G G N e t s   H i g h   t h r o u g h p u t   b y   1 . 5 1 3 . 3 ×   P a r a l l e l   m u l t i p l i c a t i o n   u n i t s   [ 1 8 ]   X i l i n x   Z y n q - 7 0 0 0   S o C F P G A   d e v i c e   16 - b i t   C N N   c o n v o l u t i o n a l   a n d   f u l l y   c o n n e c t e d   l a y e r   A r e a   r e d u c t i o n o f   2 8 . 1 9 % 5 6 . 0 9 %   R u n t i me   a c c u r a c y   c o n f i g u r a b l e   b y   v o l t a g e   o v e r s c a l i n g   [ 1 9 ]   1 5 n m F i n F ET  t e c h n o l o g y   8 - b i t   N V D LA   P o w e r   e f f i c i e n c y   a c h i e v e d   t h r o u g h   F i n F ET   t e c h n o l o g y   A p p r o x i ma t e   c o mp u t i n g   M A C   u si n g   I n t e r n a l - S e l f - H e a l i n g   [ 2 0 ]   TSM C   4 0   n m   t e c h n o l o g y   u si n g   sy n o p si s   d e si g n   c o m p i l e r   16 - b i t   R a d i o   a st r o n o m y   c a l i b r a t i o n   p r o c e ss i n g   1 8 a r e a   a n d   1 4 %   p o w e r   r e d u c t i o n   I n p u t - C o n sc i o u s   A p p r o x i m a t e   M A C   [ 2 1 ]   V i r t e x - 6   X C 6 V LX 7 5 F P G A   8 - b i t   I mag e   b l e n d i n g   a n d   G a u ss i a n   sm o o t h i n g   6 5 e n e r g y   e f f i c i e n c y   a n d   5 i n c r e a s e   i n   r e so u r c e   u t i l i z a t i o n       3.   M E T H O D   T h is   s ec tio n   d escr ib es  t h C NN  ac ce ler atio n   f o r   f ea tu r e   e x tr ac tio n   a n d   class if icatio n   p e r f o r m a n ce .     T h p r o p o s ed   m eth o d   em p h asizes  o p tim izin g   C NN  h ar d war ac ce ler atio n   th r o u g h   a p p r o x im ate  MA C - b ased   ar ch itectu r es  th at  en h an ce   co m p u tatio n al  ef f icien cy   with o u s ig n if ican tly   co m p r o m is in g   ac cu r ac y .   T h C NN   s tr u ctu r in teg r ates  co n v o lu tio n al,   R eL U,   p o o lin g ,   an d   f u lly   co n n ec ted   lay er s ,   wh er t h c o n v o lu ti o n al  lay e r s   p er f o r m   th co r f ea tu r ex tr a ctio n   u s in g   o p tim ized   ap p r o x im ate  m u ltip lier s   an d   a d d er s .   T h p r o p o s ed   C NN   ac ce ler ato r ,   im p lem en ted   o n   FP GA  p latf o r m s ,   ac h iev es   s u b s tan tial  r ed u ctio n s   in   p o wer   co n s u m p tio n   an d   laten cy   wh ile  m ain tain in g   h ig h   class if icatio n   ac cu r ac y ,   m ak in g   it  s u itab le  f o r   r ea l - tim e,   r e s o u r ce - co n s tr ain e d ,   an d   en er g y - s en s itiv ap p licatio n s .     3 . 1 .     Ana ly s is   o f   v a rio us   des i g ns   inv o lv ing   CNN  ha rdwa r a cc eler a t io   Fig u r e   3   d e p i cts   t h e   d i f f er e n t   la y er s   o f   th C NN   a n d   th ei r   i n te r co n n e cti o n .   C o n v o l u ti o n al,   R e L U ,   Ma x   p o o li n g ,   an d   f u ll y   c o n n e cte d   la y er s   m a k e   u p   t h e   C N ar ch ite ct u r e.   C o n v o l u t io n al   l ay er   f o r m s   a   co r e   o p e r at io n   i n v o l v i n g   k e r n e l - b as ed   m at r i x   co m p u tat io n s   t o   ex t r a ct   i m p o r ta n t   f ea t u r es   f r o m   t h e   ac t iv ati n g   i n p u t.   I t   u s es   a   wi n d o w in g   m e th o d   to   p r o ce s s   e ac h   s m al l   s e g m en o f   t h e   i n p u t   d at a.   T h e r e   ar e   v a r i o u s   ac ti v at in g   f u n cti o n s   a v ai la b le ,   b u R eL is   co m m o n l y   u s e d   t o   eli m i n at e   t h e   n e g at iv e   te r m s   to   p e r f ec t   th e   f ea t u r e   ex t r ac ti o n   p r o ce s s   wit h o u h ar d wa r e   c o m p le x it y .   P o o li n g   l ay er s ,   w h i ch   a r e   cl ass i f ie d   as  g l o b al   a v e r ag p o o li n g   an d   m a x im u m   p o o li n g ,   a r e   p l ac e d   b et wee n   v a r i o u s   c o n v o l u ti o n al   la y e r s   t o   m in im i ze   t h e   d at a   v o l u m e   t o   b e   p r o ce s s e d   b y   s el ec ti n g   th e   m a x i m u m   o r   a v e r a g e   o f   t h e   c o n v o l u ti o n al   r es u l t.   F u l ly   c o n n e cte d   l ay er s   f o r m   an   in t er f a ce   b e twe en   in p u t   a n d   o u tp u t   l a y e r s ,   l ik e   a   n e u r o n ,   an d   r e q u ir e   a   l o t   o f   s to r ag f o r   s to r i n g   t h e   in t er m e d i at d a ta .   Sy s to lic  ar r ay   is   o n o f   th ef f ec tiv ar ch itectu r es  en h an cin g   th d ata  p ath   in   th m ac h in lear n in g   ac ce ler ato r .   I n   h y b r id   f ac t o r ed   ad d er   a n d   ac c u m u latio n   b ased   o n   s y s to lic  ar ch itect u r f o r   g e n er alize d   m atr ix   m u ltip licatio n   in ter f ac is   u tili ze d ,   wh ich   ca n   b ap p lied   to   v ar io u s   d ee p   lear n in g   ap p licatio n s .   T h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE I n J   R o b   &   A u to m Vo l .   14 ,   No .   4 Dec em b er   20 25 :   3 6 6 - 3 7 5   370   h ar d war ac ce ler atio n   in   C NN  is   d o n th r o u g h   v ar io u s   co m p r ess io n   an d   a r ch itectu r al  m o d if icatio n s .   Ver y   r ec en r esear ch   f o c u s ed   o n   co m p r ess io n   tech n iq u es  lik th d ictio n ar y   m eth o d ,   wh ich   is   u s ed   to   m in im ize  th s to r ag s p ac wh e n   s im ilar - weig h d ata  ar e   p r esen t.   I n   a   th r ee - lay e r ed   a p p r o ac h   th r o u g h   weig h p r u n in g ,   co m p r ess io n ,   a n d   d ec o m p r e s s io n   o f   p r o ce s s in g   elem en t s   th r o u g h   th e   d ictio n a r y   m eth o d   a r u tili ze d .     R ed u n d an cy   r e m o v al  th r o u g h   in tr a -   an d   in ter - ch a n n el  co m p r ess io n   is   ad o p ted   f o r   r es o u r ce   m in im izatio n .   Op tim ized   weig h allo ca tio n   b ased   o n   f in e - g r ain ed   ar ch itect u r is   u tili ze d   to   im p r o v co m p r ess io n   ef f icien c y .   I n   C NN  ac ce ler ato r s ,   ap p r o x im atio n   in tr o d u ce s   co m p u tatio n al  er r o r   th at  m ig h ca u s v ar ian ce s   in   o u tp u t   p r ed ictio n s ,   h en ce   af f ec tin g   i n f er en ce   ac cu r ac y .   Stro n g   ap p r o x im atio n s   ca n   s ig n if ican tly   r ed u ce   ac cu r ac y ,   wh er ea s   g en tle  ap p r o x i m atio n s   m ay   h av m in im al  co n s eq u e n ce s .   Par ticu lar ly   in   d ee p   n etwo r k s ,   ap p r o x im ate   MA C   u n its ,   wh ich   d ec r ea s ac cu r ac y   to   i n cr ea s ef f icien c y ,   h av t h p o te n tial  to   m ag n if y   s m all  er r o r s   i n   ac tiv atio n s   an d   weig h ts ,   r es u ltin g   in   in co r r ec class if icatio n s .   Ap p r o x im ate  co m p u ta tio n s   ca n   ass is i n   p r eser v in g   lev el  o f   ac cu r ac y   wh ile  g ain in g   ad v a n tag es  in   t er m s   o f   r e d u ce d   p o wer   u s ag an d   d elay .   s p ar s e   co n v o l u tio n al  n eu r al  n etwo r k   is   also   ad o p ted   in   v ar io u s   d esig n s   alo n g   with   s elf   s elf - r ec o v er y   s o lu tio n   d u r in g   m alf u n ctio n   in   th p r o ce s s in g   elem en t.  Sp ec u lativ ap p r o a ch es  ar also   u s ed   in   er r o r - to l er an d esig n ,   wh er th weig h v alu d o esn h av m u ch   im p ac in   th o u tp u t.   Secu r ity   is s u es   s u ch   as  s id e - ch an n el  attac k s   ar ex p o s ed   b y   p o wer   f lu ctu at io n s .   T o   p r o tect  ag ain s s id e - ch an n el  attac k s ,   r a n d o m ized   ap p r o x im ate  co m p u tatio n   a d d s   co n tr o lled   r an d o m izatio n .   C NN  o u tp u t s   ar p r o tecte d   f r o m   s m all  er r o r s   b y   th e r r o r - r esil ien ap p r o x im atio n .   T h e   m o d el  e x tr ac tio n   is   p r ev e n ted   b y   h ar d war e - lev el   d is g u is m eth o d s ,   in cl u d in g   d y n am ic  r ec o n f ig u r atio n   an d   n o is in jectio n .   H y b r id   ap p r o x im ate - ex ac co m p u tin g   an d   s ec u r f a u lt  d etec tio n   also   im p r o v s ec u r ity   with o u s ac r if icin g   e f f ec tiv en ess .   T h C NN - b ased   h a r d war e   ac c eler atio n   ap p lied   t o   ab n o r m al  h ea r tb ea d etec tio n   f o r   class if y in g   v ar i o u s   ab n o r m alities   was  a ls o   s tu d ied   in   th is   s u r v ey   wo r k .   I n   T ab le  2 ,   r elate d   wo r k s   in v o lv i n g   C NN  h ar d war ac ce ler atio n   in   th s u r v ey   ar e   lis ted .           Fig u r 3 .   C NN  lay er s   an d   t h eir   in ter co n n ec tio n       T ab le  2 .   R elate d   wo r k s   in v o lv in g   C NN  h ar d war ac ce ler atio n   M e t h o d o l o g y   D e v i c e   B i t   w i d t h     A p p l i c a t i o n   Ty p e   R e s u l t   o u t c o me   H y b r i d   a c c u m u l a t o r   f a c t o r e d   sy st o l i c   a r r a y   [ 2 2 ]   32 - n t e c h n o l o g y   u s i n g   S y n o p sy s   D e si g n   C o m p i l e r     32 - b i t   G e n e r a l   m a t r i x   mu l t i p l i c a t i o n   i n t e r f a c e     A r e a   e f f i c i e n c y   i n   t h e   r a n g e   1 2 . 8   5 0 . 2 a n d   i n   p o w e r   e f f i c i e n c y   b e t w e e n   1 8 . 6   4 1 %   S p a r se   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k   a c c e l e r a t o r   w i t h   p r e - e n c o d i n g   [ 2 3 ]   2 8 n u s i n g   S y n o p s y s Des i g n   C o m p i l e r   8 - b i t   V G G 1 6 ,   A l e x N e t ,   M o b i l e N e t V 3   En e r g y   e f f i c i e n c y   o f   A c c e l e r a t o r   a c h i e v e d   b y   9 0 . 0 3 %     F i r e F l y :   H i g h - p e r f o r m a n c e   n e u r a l   n e t w o r k   u si n g   D S P   p r o c e sso r   [ 2 4 ]   V a r i o u s X i l i n x   F P G A   f a m i l i e s   u se d   a r e   x c 7 k 3 2 5 t ,   a n d     x c v u 4 4 0   64 - b i t   N V I D I A   p e a k   p e r f o r ma n c e   o f   5 . 5 3   TO P / s( Tr i l l i o n o f   O p e r a t i o n s   P e r   S e c o n d )     a t   3 0 0 M H z   A c c e l e r a t o r   b a se d   o n   C o m p r e ssi o n   [ 2 5 ]   28   n m   TS M C   u s i n g   S y n o p s y D e si g n   C o mp i l e r   ( D C )   16 - b i t   VGG - 1 6 ,   R e sN e t - 5 0   a n d   I n c e p t i o n - v3   C o m p r e ss i o n   r a t i o s   9 . 8 % 1 9 . 3 %   S p e c u l a t i v e   p r o c e ss i n g   f o r   e n e r g y   e f f i c i e n t   a c c e l e r a t o r   [ 2 6 ]   40 - n C M O S   p r o c e ss  d e s i g n   c o m p i l e r   f r o m S y n o p sy s   8 - b i t   A l e x N e t   M o r e   t h a n   2 0 %   e n e r g y   e f f i c i e n c y   w i t h   mi n i mal   a c c u r a c y   d e g r a d a t i o n   a n d   l o w e r   i mp l e m e n t a t i o n   o v e r h e a d   Th e   t h r e e - s t e p   a p p r o a c h   t r i mm i n g   o f   w e i g h t s ,   d i c t i o n a r y - c o mp r e ssi o n   a n d   d e c o m p r e ss i o n   [ 2 7 ]     S y n o p sy s   t o o l   w i t h   9 0 n m   t e c h n o l o g y   8 - b i t   R e sN e t - 5 0     H i g h e r   c o m p r e ss i o n   e f f i c i e n c y   w i t h   o p t i m i z e d   mem o r y   u s a g e   H i g h - p e r f o r ma n c e   a d d i t i o n   f o r   h a r d w a r e   a c c e l e r a t o r   o f   n e u r a l   n e t w o r k s   [ 2 8 ]   C a d e n c e   V i r t u o so   t o o l   w i t h   45 - n p r o c e ss   8 - b i t   R ESN ET - 18   D o u b l e   t h r o u g h p u t   a l o n g   w i t h   15 - 2 0 a r e a   a n d   p o w e r   e f f i c i e n c y   C o m p r e ss i n g   p r o c e ss i n g   e l e me n t   b a s e d   o n   w e i g h t   s p a r s i t y   [ 2 9 ]   S y n o p sy s   d e si g n   c o m p i l e r   w i t h   N a n g a t e   4 5 - n m O p e n   C e l l   L i b r a r y   1 2 8 - b i t   C I F A R - 1 0 0   a n d   I mag e N e t   d a t a s e t   H i g h   t h r o u g h p u t   a n d   p o w e r   o p t i m i z a t i o n   a c h i e v e d   b y   3 0 %   H a r d w a r e   d e si g n   f o r   C N N   f o r   EC G   a b n o r m a l i t y   [ 3 0 ]   X i l i n x   Z y n q   ZC 7 0 6   16 - b i t   1 - D   C N N   A c c u r a c y   f o r   v a r i o u s   EC G   a b n o r m a l i t i e i 9 9 . 1 0 %   A b n o r ma l   E C G   d e t e c t i o n   u si n g   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k   [ 3 1 ]   TSM C   0 . 1 8   µ C M O S   u si n g   S y n o p sy s   t o o l   8 - b i t   M I T - B I H   9 6 . 3 a c c u r a c y   f o r   d i f f e r e n t   EC G   sa mp l e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:   2722 - 2 5 8 6         A   s u r ve o n   co n vo lu tio n a l n e u r a l n etw o r h a r d w a r a cc elera tio n     ( S u vith a   P a t h iya d a n   S u d h a ka r a n )   371   4.   RE SU L T   AND  DI SCUS SI O NS    T h is   s tu d y   im p lem e n ts   p r o t o ty p u s in g   Xilin x   Z y n q   FP GAs  to   v er if y   p o wer   s av in g s .   T h is   s tu d y   co m p ar es  ex ac an d   ap p r o x i m ate  MA C   im p lem en tatio n s   to   ass e s s   C NN   ac cu r ac y   r ed u ctio n   ca u s ed   b y   ap p r o x im ate  MA C   o p er atio n s .   C NN  m is cla s s if icatio n   r ates  o u g h to   b co n n ec ted   with   er r o r   m ea s u r es  s u ch   as  MRED  an d   NM E D.   T h e s f in d in g s   will  im p r o v th s tu d y   b y   o f f e r in g   th o r o u g h   ev alu atio n   o f   ap p r o x im atio n   ef f ec ts .   Fo r   an   ap p r o x im ate  MA C - b ased   C NN,   th v ar iatio n   in   th ex ac s u m   o u tp u an d   th an ticip ated   s u m   o u tp u is   k n o wn   as  th er r o r   d is tan c e.   T h Me an   R E ( MRED)   f o r   ev e r y   N - b it   ap p r o x im atio n   ad d er   is   g iv e n   i n   ( 2 ) ,      =   1 2 2     2 2  = 1                                                                                                           ( 2 )     wh er m ea n   er r o r   d is tan ce   ( ME D)   is   th av er ag er r o r   d is tan ce   an d   Mi  is   p r ec is m u ltip licatio n .   ME n o r m alize d   is   g iv e n   in   ( 3 ) ,       =   1 2 2  ( 2    1 ) 2    2 2  = 1                                                                                                   ( 3 )     wh er E is   th er r o r   r ate  o f   t h m etr ic.   As  m en tio n ed   in   Fig u r 2 ,   v ar io u s   ap p r o x im ate  a d d er   an d   m u ltip lier   d esig n s   ar e   u tili ze d   in   d esig n in g   a p p r o x im ate  m u ltip le  an d   ac cu m u late  u n its .   T h m u ltip lier   u s es  v ar io u s   co m p r ess io n - b ased   d esig n s ,   tr ee - b ased   r ed u ctio n   s tr u ctu r es,  in p u o p er an d - b a s ed   an aly s is ,   r ad ix - 4   en c o d er   d esig n ,   an d   e r r o r   co m p en s atio n   ar ch itectu r es.  T h ese  d esig n s   in v o lv in g   r ec en liter atu r ar lis ted   in   T ab le  3 .   T h co m p r ess io n - b ased   ar ch itectu r o cc u p ies  m in im al  ar ea   an d   p o wer   co n s u m p tio n .   Fre g ate  co m p r es s o r - b ased   m u ltip lier   d esig n s   T E PM1   a n d   T E PM2   r esu lt  in   m in im al   d elay   co m p ar ed   to   o th er   tr ee - b ased   a n d   b o th   m u ltip lier   ar ch itectu r es.  T h er r o r   co m p en s atio n   m u ltip lier   AB ME C   d esig n   h as  an   ar ea   o v e r h ea d   f o r   th er r o r   co r r ec tio n   cir c u it  co m p a r ed   t o   o th er   d esig n s   in   T ab le  3 .   A n   in p u o p er an d - b ased   s eg m e n ted   AM SS   d esig n   co n s u m es m in im al  p o wer   b y   d is ca r d in g   ce r tain   ir r ele v an t p o r tio n s   o f   th m u ltip lier .       T ab le  3 .   C o m p a r ativ an aly s is   f o r   ap p r o x im ate  m u ltip lier   in   ex is tin g   an d   p r o p o s ed   tech n iq u es   D e si g n   A r e a   ( u m 2 )   D e l a y ( n s)   P o w e r ( u W )   P D P ( f J)   ADP   N M ED   TEPM 1   [ 3 2 ]   3 3 1 . 4   0 . 0 9   7 6 . 1   6 . 8   2 9 . 8   0 . 0 1 8   TEPM 2   [ 3 2 ]   3 1 8 . 5   0 . 1 0   7 3 . 4   7 . 3   3 4 . 4   0 . 0 1 7   A B M E C   [ 3 3 ]   1 0 6 2 . 6   1 . 4 8   7 1 . 2   1 0 5 . 3 8   1 5 7 2 . 6 5   0 . 8 5   A B M C B E C   [ 3 4 ]   3 0 7   0 . 9 5   1 6 . 3 1   1 5 . 4 9   2 9 . 6 5   0 . 5 6 7   A D M 1   [ 3 5 ]   4 3 8   0 . 9 4   3 7 . 9 3   3 5 . 6 5   4 1 1 . 7 2   0 . 7 5 4   A M S S   [ 3 6 ]   6 6 . 5   0 . 1 6 5   4 9 . 9   8 . 2 3   1 0 . 9 7   0 . 0 4   P r o p o se d   5 4 . 2   0 . 0 8   1 4 . 1 1   5 . 3   2 2 . 1 3   0 . 0 3       T ab le  4   co m p ar es  p r o p o s ed   ap p r o x im ate  C NN  ac ce ler ato r s   with   ex is tin g   C NNs.  T h f in d in g s   d em o n s tr ate  th at  ap p r o x im ati o n   ac ce ler ato r s   u s less   p o wer   an d   p er f o r m   q u ick e r .   T h r e s u lts   s h o th at  th p r o p o s ed   ar ch itectu r ac h iev es  s ig n if ican im p r o v em en in   b o th   p o we r   ef f icien c y   an d   co m p u tatio n a l   p er f o r m an ce .   T h p r o p o s ed   a cc eler ato r   co n s u m es  o n l y   3 5   W ,   wh ich   is   n o tab ly   lo wer   th an   th 300 7 0 0   W   co n s u m ed   b y   NVI DI T en s o r   C o r es,  in d icatin g   d r asti r ed u ctio n   in   p o wer   u s ag e.   T h e s r esu lts   h ig h lig h th at  th ap p r o x im ate  MA C - b a s ed   C NN  ac ce ler ato r   o f f er s   s u p er io r   s p ee d   an d   e n er g y   ef f ici en cy .       T ab le  4 .   Nu m e r ical  co m p a r is o n   with   p r o p o s ed   ap p r o x im ate  co m p u tin g - b ased   C NN  ac ce ler ato r   an d   ex is tin g   C NN  ac ce ler ato r s     P r o p o se d   A p p r o x i ma t e   c o m p u t i n g - b a sed   C N N   a c c e l e r a t o r   Ex i s t i n g   C N N   a c c e l e r a t o r   N V I D I A   Te n so r   C o r e s   35W   3 0 0 - 7 0 0   W   G o o g l e   E d g e   TPU   0 . 5 ms   > 1 0 ms   I n t e l   M o v i d i u M y r i a d   X   1 2 m s   > 2 0 ms       T ab le  5   s h o ws  th t r ad e - o f f s   i n   ac cu r ac y ,   th r o u g h p u t,   an d   p o wer   co n s u m p tio n   b etwe en   co n v en tio n al   C NN  im p lem en tatio n s   an d   p r o p o s ed   a p p r o x im atio n   MA C - b ased   C NN  ac ce ler ato r s .   Ap p r o x im ate  MA C - b ased   m eth o d s   ar ap p r o p r iate  f o r   p o wer   c o n s u m p tio n ,   th r o u g h p u with   less   lo s s   o f   ac c u r ac y .   Sp ec if ically ,   th p r o p o s ed   m o d el  e x h ib its   o n ly   a   1 . 7 5 ac cu r ac y   lo s s ,   wh ich   is   2 3 . 9 lo wer   t h an   GPU - b ased   C NNs   ( 2 . 3 %)  a n d   3 5 . 2 lo wer   th an   T PU - b ased   C NNs  ( 2 . 7 %).   Ov er all,   th ese  co m p a r is o n s   clea r ly   d em o n s tr ate  th at   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE I n J   R o b   &   A u to m Vo l .   14 ,   No .   4 Dec em b er   20 25 :   3 6 6 - 3 7 5   372   th p r o p o s ed   ap p r o x im ate  M AC - b ased   C NN  ac ce ler ato r   p r o v id es  s u p er io r   en er g y   ef f ic ien cy   an d   r e d u ce d   p o wer   u s ag wh ile  m ain tain in g   h ig h   i n f er e n ce   ac cu r ac y .   T ab le  6   s h o ws  th s im u latio n   r esu lts   th at  d em o n s tr ate  d if f er en ap p r o x im atio n   lev e ls   f o r   th p r o p o s ed   m eth o d .   As  th ap p r o x im atio n   lev el  in cr ea s es,  ac cu r ac y   lo s s   r is es  f r o m   0 . 6 5 to   3 . 2 5 %,  wh ile  en er g y   s av in g s   im p r o v f r o m   1 2 . 3 to   3 5 . 1 %.  T h is   h ig h li g h ts   th b alan ce   b etwe en   p o wer   ef f icien cy   an d   ac cu r ac y   in   a p p r o x im ate  MA C - b ased   C NN  ac ce ler ato r s .       T ab le  5 .   C o m p a r is o n   tab le  f o r   p r o p o s ed   ap p r o x im ate  MA C - b ased   C NN  ac ce ler ato r s   v s .   tr ad itio n al  C NN  im p lem en tatio n s   M e t r i c   P r o p o se d   A p p r o x i ma t e   M A C - b a se d   C N N     Tr a d i t i o n a l   C N N   G P U   TPU   A c c u r a c y   l o ss   1 . 7 5 %   2 . 3 %   2 . 7 %   En e r g y   sa v i n g s   3 0 . 5 %   2 3 . 8 %   2 7 . 6 %   P o w e r   c o n su mp t i o n   4 . 5 W   9 . 5 W   7 . 8 W       T ab le  6 .   C o m p a r is o n   tab le  f o r   v ar io u s   ap p r o x im atio n   lev els  with   ac cu r ac y   lo s s   an d   e n er g y   s av in g s   in   th p r o p o s ed   m eth o d   A p p r o x i ma t i o n   l e v e l   A c c u r a c y   l o ss   En e r g y   sa v i n g s   5   0 . 6 5   1 2 . 3   10   1 . 7 5   2 3 . 8   15   3 . 2 5   3 5 . 1       5.   DIS CU SS I O N   Ad ap tiv p r ec is io n   s ca lin g   h elp s   o p tim ize  C NN  ac ce ler ato r s   b y   b alan cin g   p o wer   co n s u m p tio n ,   p er f o r m an ce ,   an d   ac cu r ac y .   Dy n am ic  v o ltag s ca lin g   a d ju s ts   th o p er atin g   v o ltag a n d   f r eq u e n cy   o f   MA C   u n its   b ased   o n   wo r k lo a d   r e q u i r em en ts .   B y   lo wer in g   v o ltag d u r in g   ap p r o x im ate  c o m p u tatio n s   in   n o n - cr itical   C NN  lay er s   an d   m ain tain in g   h ig h er   p r ec is io n   f o r   s en s itiv lay er s ,   DVS  ca n   ac h iev s ig n if ican t p o wer   s av in g s   with   m in im al  ac cu r ac y   lo s s .   FP GA - b ased   ac ce ler ato r s ,   s u ch   as Xilin x   Z y n q ,   s u p p o r t a d ap ti v v o ltag s ca lin g ,   allo win g   r ea l - tim ad ju s tm en t s   to   o p tim ize  en er g y   ef f icien c y .       6.   RE CO M M E NDA T I O O F URTHER  WO RK     T h is   s tu d y   an aly ze d   v ar i o u s   r ec en d ev el o p m en ts   o n   ap p r o x im ate  MA C   u n it  an d   th eir   u s ag in   h ar d war ac ce ler ato r s   f o r   C NN.   Ap p r o x im atio n   is   co m m o n   f ac to r   in   all  th ese  wo r k s   an d   is   d o n th r o u g h   v ar io u s   s im p lific atio n   p r o ce s s es  f o r   ar ea - p o we r - d elay   r ed u c tio n .   Fu tu r r esear ch   wo r k   ca n   f o cu s   o n   s ev er al   h y b r id   d esig n s   o f   ef f ec tiv m e th o d s   to   r ed u ce   t h co m p le x ity   an d   en e r g y   u s ag o f   th MA C   u n it.  I n p u t - awa r e   s eg m en ted   MA C   d esig n   an d   ca r r y   p r o p a g atio n   f r ee ,   f r ee   g ate  d esig n   b ased   e x ten d e d   ac cu m u latio n   u n it  ca n   also   b in v esti g ated   in   f u tu r r esear ch .   I n   ter m s   o f   C NN,   v ar io u s   co m p r ess io n   ap p r o ac h es  f o r   r eso u r ce   o p tim izatio n   an d   p o we r   g atin g   m eth o d o lo g ies  to   m in im ize  th s witch in g   ac tiv ity   in   th p r o ce s s in g   u n it  ca n   b f o cu s ed   o n .   T h o p tim ize d   C NN  h ar d war ac ce ler ato r   w ith   ap p r o x im atio n   ca n   also   b e   v er if ied   in   v ar io u s   b io m ed ical  s ig n al  p r o ce s s in g ,   lik elec tr o ca r d io g r am   ( E C G) ,   elec tr o en ce p h alo g r am   ( E E G) ,   a n d   elec tr o m y o g r am   ( E MG ) ,   with   its   m etr ics lik s en s it iv ity ,   p r e d ictio n ,   an d   ac cu r ac y .       7.   CO NCLU SI O   T h is   s u r v ey   wo r k   e x p lo r e d   v ar io u s   ap p r o x im ate  MA C   u n i ts   an d   h ar d war ac ce ler ato r s   f o r   C NN.   Firstl y ,   th s u r v ey   co n s is ts   o f   n ew  m eth o d o lo g ies  in v o lv e d   in   d esig n in g   th MA C   u n i t,  wh ich   ac ts   as  p r o ce s s in g   elem en in   th C NN  ac ce ler ato r .   T h s tu d y   d em o n s tr ates  ap p r o x im ate   MA C - b ased   C NN   ac ce ler ato r s   an d   is   s ca led   u s in g   d y n am ic  v o ltag s ca lin g   t o   s ig n if ican tly   r ed u ce   p o wer   co n s u m p tio n   w h ile  m ain tain in g   ac ce p tab le  ac cu r ac y   lev els.  T h ese  m eth o d o lo g ies  p r o v id ed   d if f er en f r am e wo r k s   f o r   r ed u cin g   en er g y   co n s u m p tio n   an d   r eso u r ce   m in im izatio n   with   to ler ab le  am o u n o f   er r o r .   wid r esear ch   o n   r ec en t   wo r k   in clu d es  r ec u r s iv MA C ,   v o ltag s ca lin g ,   in ter n al  s elf - h ea lin g ,   s to ch asti co m p u tin g ,   p ar allel   m u ltip licatio n ,   an d   MA C   b ase d   o n   ap p r o x i m ate  co m p r ess o r s .   T h is   s u r v ey   in clu d es  a   d etai led   ex am in atio n   o f   v ar io u s   a p p r o x im atio n   lev els.   I c o m p ar es   s im u latio n   r esu lt s   with   r ea h ar d war e   p er f o r m an ce   b y   m ea s u r in g   in f er en ce   s p ee d ,   en er g y   ef f ici en cy ,   an d   class if icatio n   ac cu r ac y .   I n   th is   wo r k   en er g y   en e r g y - ef f icien C NN  ac ce ler ato r s   u s in g   ap p r o x im at MA C   u n it  b alan ce   ap p r o x i m ate  p r ec is io n   f o r   r ed u cin g   p o wer   co n s u m p tio n   an d   r e d u cin g   er r o r .   T h is   s tu d y   p r o v id es  a   f o u n d atio n   f o r   d esig n in g   en e r g y - ef f icien C N ac ce ler ato r s   u s in g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:   2722 - 2 5 8 6         A   s u r ve o n   co n vo lu tio n a l n e u r a l n etw o r h a r d w a r a cc elera tio n     ( S u vith a   P a t h iya d a n   S u d h a ka r a n )   373   ap p r o x im ate  MA C   u n its .   B y   b alan cin g   ap p r o x im atio n   a n d   p r ec is io n ,   we  o f f er   v iab le  ap p r o ac h   f o r   r ed u cin g   p o wer   co n s u m p tio n   wh ile  m a in tain in g   in f e r en ce   ac c u r ac y .   Ap p r o x im ate   MA C   o p er atio n s   ca n   b u tili ze d   b y   ap p ly in g   s elec tiv ap p r o x im a tio n   to   n o n - cr itical  lay er s ,   u s in g   h y b r id   p r ec is io n ,   a n d   e m p lo y in g   r u n tim e - co n f ig u r ab le  MA C   u n its .   B al an cin g   e n er g y   ef f icien c y   a n d   ac cu r ac y   is   ac h iev ed   t h r o u g h   ad ap tiv e   p r ec is io n   s ca lin g ,   d y n a m ic  v o ltag s ca lin g ,   an d   s elec tiv r e - c o m p u tatio n   b ased   o n   a p p licatio n - s p ec if ic  to ler an ce s .   L ater ,   th s u r v ey   r elate d   to   th r ec en C NN  ac ce ler ato r   is   lis ted ,   an d   its   v ar io u s   r esu lt  o u tco m es  in   ter m s   o f   th r o u g h p u t,  e n er g y ,   an d   r eso u r ce   u tili za tio n   ar co m p a r ed .   T h s y s to lic  ar r ay   o p tim izatio n ,   th s p ec u lativ e   ap p r o ac h   f o r   C NN,   v ar io u s   co m p r ess io n   m et h o d o lo g ies  o f   C NN,   s p ar s C NN,   an d   C NN  f o r   ab n o r m al   h ea r tb ea d etec tio n   ar e   also   an aly ze d   in   th is   ar ticle.   E f f i cien MA C   an d   C NN  d esig n s   ca n   b e   u s ed   in   ap p licatio n s   lik m ed ical  u s ag e,   au to m o b ile,   co m m u n icatio n ,   an d   s ec u r ity   ap p licatio n s .       ACK NO WL E DG M E N T S   T h au t h o r   wo u ld   lik e   to   ex p r ess   h is   h ea r tf elt   g r atitu d t o   th e   s u p er v is o r   f o r   h is   g u i d an ce   a n d   u n wav er in g   s u p p o r t d u r in g   t h is   r esear ch   f o r   h is   g u id an ce   an d   s u p p o r t.       F UNDING   I NF O R M A T I O   Au th o r s   s tate  n o   f u n d in g   in v o lv ed .       AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .     Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Su v ith Path iy ad an   Su d h ak ar a n                               Aath m an esan   T h an g ak alai                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i s i o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   T h au t h o r s   d ec lar e   th at  th e y   h av n o   k n o wn   c o m p etin g   f in an cial  in ter ests   o r   p er s o n al  r el atio n s h ip s   th at  co u ld   h av ap p ea r ed   t o   in f lu en ce   th wo r k   r e p o r te d   in   t h is   p ap er .       I NF O RM E CO NS E N T   W ce r tify   th at  we   h av ex p lain ed   th n atu r an d   p u r p o s o f   th is   s tu d y   to   th ab o v e - n am e d   in d iv id u al  a n d   h av e   d is cu s s ed   th p o ten tial  b e n ef its   o f   p ar ticip atio n .   All  q u esti o n s   r aise d   b y   th in d iv id u al   h av b ee n   an s wer ed ,   a n d   we  will r em ain   av ailab le  to   ad d r e s s   an y   f u tu r in q u ir ies.       E T H I CAL AP P RO V AL     T h r esear ch   g u id es r ev iewe d   an d   eth ically   ap p r o v ed   th is   m a n u s cr ip t f o r   p u b lis h in g   in   th is   jo u r n al.       DATA AV AI L AB I L I T   Data   s h ar in g   is   n o t   ap p licab l to   th is   ar ticle  as  n o   d atasets   we  r eg en er ated   o r   an aly ze d   d u r in g   th cu r r en t stu d y .       RE F E R E NC E   [ 1 ]   A .   D u a ,   Y .   L i ,   a n d   F .   R e n ,   S y s t o l i c - C N N :   A n   O p e n C L - d e f i n e d   s c a l a b l e   r u n - t i m e - f l e x i b l e   F P G A   a c c e l e r a t o r   a r c h i t e c t u r e   f o r   a c c e l e r a t i n g   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k   i n f e r e n c e   i n   c l o u d / e d g e   c o m p u t i n g ,   2 0 2 0   I E EE  2 8 t h   A n n u a l   I n t e r n a t i o n a l   S y m p o si u m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE I n J   R o b   &   A u to m Vo l .   14 ,   No .   4 Dec em b er   20 25 :   3 6 6 - 3 7 5   374   o n   Fi e l d - Pr o g r a m m a b l e   C u st o m   C o m p u t i n g   M a c h i n e s (F C C M) .   I EEE,   p .   2 3 1 ,   2 0 2 0 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / f c c m 4 8 2 8 0 . 2 0 2 0 . 0 0 0 6 4 .   [ 2 ]   C .   R a g h u r a m,  V .   R .   D a n d u ,   a n d   B .   J a i s o n ,   H y b r i d i z a t i o n   o f   d i l a t e d   c n n   w i t h   a t t e n t i o n   l i n k   n e t   f o r   b r a i n   c a n c e r   c l a ssi f i c a t i o n ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   D a t a   S c i e n c e   a n d   Art i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e ,   v o l .   2 ,   n o .   0 2 ,   p p .   3 5 4 2 ,   2 0 2 4 .   [ 3 ]   H .   Li u ,   L.   S o n g ,   R .   S u n d a r a se k a r ,   a n d   A .   J.   G .   M a l a r ,   C o mp u t e r   n e t w o r k   d a t a   ma n a g e m e n t   mo d e l   b a s e d   o n   e d g e   c o mp u t i n g ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   R e l i a b i l i t y ,   Q u a l i t y   a n d   S a f e t y   En g i n e e ri n g ,   v o l .   3 1 ,   n o .   0 1 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 2 / s 0 2 1 8 5 3 9 3 2 3 5 0 0 3 0 4 .   [ 4 ]   A .   A h i l a n ,   A .   A l b e r t   R a j ,   A .   G o r a n t l a ,   R .   J o t h i n ,   M .   S h u n m u g a t h a m mal ,   a n d   G .   A .   S a f d a r ,   D e si g n   o f   e n e r g y - e f f i c i e n t   a p p r o x i m a t e   a r i t h m e t i c   c i r c u i t f o r   e r r o r   t o l e r a n t   me d i c a l   i m a g e   p r o c e ssi n g   a p p l i c a t i o n s ,   L e c t u re   N o t e i n   E l e c t r i c a l   En g i n e e ri n g .   S p r i n g e r   N a t u r e   S i n g a p o r e ,   p p .   6 7 9 6 9 2 ,   2 0 2 4 .   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 981 - 99 - 8 6 4 6 - 0 _ 5 3 .   [ 5 ]   X .   X i e ,   J.  L i n ,   Z.   W a n g ,   a n d   J.  W e i ,   A n   e f f i c i e n t   a n d   f l e x i b l e   a c c e l e r a t o r   d e si g n   f o r   sp a r s e   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k s,   I E EE   T ra n s a c t i o n s   o n   C i rc u i t a n d   S y st e m s   I :   Re g u l a Pa p e rs ,   v o l .   6 8 ,   n o .   7 ,   p p .   2 9 3 6 2 9 4 9 ,   J u l .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C S I . 2 0 2 1 . 3 0 7 4 3 0 0 .   [ 6 ]   M .   S .   K i m,   A .   A .   D e l   B a r r i o ,   H .   K i m,  a n d   N .   B a g h e r z a d e h ,   Th e   e f f e c t s   o f   a p p r o x i ma t e   m u l t i p l i c a t i o n   o n   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k s,   I EEE   T ra n s a c t i o n o n   Em e rg i n g   T o p i c i n   C o m p u t i n g ,   v o l .   1 0 ,   n o .   2 ,   p p .   9 0 4 9 1 6 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / t e t c . 2 0 2 1 . 3 0 5 0 9 8 9 .   [ 7 ]   A .   D e m i d o v sk i j   a n d   E .   S m i r n o v ,   E f f e c t i v e   p o s t - t r a i n i n g   q u a n t i z a t i o n   o f   n e u r a l   n e t w o r k s   f o r   i n f e r e n c e   o n   l o w   p o w e r   n e u r a l   a c c e l e r a t o r ,   2 0 2 0   I n t e r n a t i o n a l   J o i n t   C o n f e re n c e   o n   N e u r a l   N e t w o r k ( I J C N N ) .   I EEE,   p p .   1 7 ,   2 0 2 0 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / i j c n n 4 8 6 0 5 . 2 0 2 0 . 9 2 0 7 2 8 1 .   [ 8 ]   Q .   S o n g ,   W .   C u i ,   L.   S u n ,   a n d   G .   Ji n ,   D e si g n   a n d   i m p l e me n t a t i o n   o f   a   u n i v e r sa l   s h i f t   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k   a c c e l e r a t o r ,   I EEE  Em b e d d e d   S y st e m s Le t t e rs ,   v o l .   1 6 ,   n o .   1 ,   p p .   1 7 2 0 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / l e s. 2 0 2 2 . 3 2 3 3 7 9 6 .   [ 9 ]   J.  L e e ,   G .   K i m,   J.   P a r k ,   a n d   H . - M .   B a e ,   Li n k   b i t - e r r o r - r a t e   r e q u i r e me n t   a n a l y s i f o r   d e e p   n e u r a l   n e t w o r k   a c c e l e r a t o r s,   2 0 2 1   I EEE  I n t e r n a t i o n a l   S y m p o si u m   o n   C i r c u i t a n d   S y st e m s (I S C A S ) .   I EEE,   p p .   1 5 ,   2 0 2 1 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / i sc a s5 1 5 5 6 . 2 0 2 1 . 9 4 0 1 1 1 2 .   [ 1 0 ]   Q .   Z h o u ,   H .   X u ,   J.   Li ,   T.   M a ,   a n d   C .   C h e n ,   O P A S C A :   O u t e r   p r o d u c t - b a s e d   a c c e l e r a t o r   w i t h   u n i f i e d   a r c h i t e c t u r e   f o r   s p a r se  c o n v o l u t i o n   a n d   a t t e n t i o n ,   I EEE  T r a n sa c t i o n o n   C o m p u t e r - Ai d e d   D e s i g n   o f   I n t e g r a t e d   C i r c u i t a n d   S y st e m s ,   v o l .   4 4 ,   n o .   4 ,   p p .   1 2 9 0 1 3 0 3 ,   A p r .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TC A D . 2 0 2 4 . 3 4 8 3 0 9 2 .   [ 1 1 ]   C. - X .   X u e   e t   a l . 2 4 . 1   A   1 M b   m u l t i b i t   R e R A M   c o m p u t i n g - in - mem o r y   mac r o   w i t h   1 4 . 6 n p a r a l l e l   M A C   c o mp u t i n g   t i m e   f o r   C N N   b a s e d   A I   e d g e   p r o c e ss o r s,   2 0 1 9   I EEE   I n t e rn a t i o n a l   S o l i d -   S t a t e   C i r c u i t s   C o n f e re n c e   -   ( I S S C C ) .   I EEE,   2 0 1 9 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / i ss c c . 2 0 1 9 . 8 6 6 2 3 9 5 .   [ 1 2 ]   S .   M .   W a q a s ,   M .   Z a k w a n ,   M .   A sh r a f ,   G .   N a i f   A l W a k i d ,   a n d   M .   H u m a y u n ,   A   su r v e y   o n   a p p r o x i ma t e   h a r d w a r e   a c c e l e r a t o r   f o r   e r r o r - t o l e r a n t   a p p l i c a t i o n s,   S e c u r i n g   t h e   D i g i t a l   Re a l m .   C R C   P r e ss,  p p .   1 1 5 1 2 5 ,   2 0 2 5 .   d o i :   1 0 . 1 2 0 1 / 9 7 8 1 0 0 3 4 9 7 8 5 1 - 1 1 .   [ 1 3 ]   S .   Le e ,   D .   K i m ,   D .   N g u y e n ,   a n d   J.   Le e ,   D o u b l e   M A C   o n   a   D S P :   B o o st i n g   t h e   p e r f o r ma n c e   o f   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k s   o n   F P G A s,   I EEE   T ra n s a c t i o n s   o n   C o m p u t e r - A i d e d   D e s i g n   o f   I n t e g ra t e d   C i r c u i t a n d   S y st e m s ,   v o l .   3 8 ,   n o .   5 ,   p p .   8 8 8 8 9 7 ,   M a y   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C A D . 2 0 1 8 . 2 8 2 4 2 8 0 .   [ 1 4 ]   G .   P a r k ,   J.  K u n g ,   a n d   Y .   Le e ,   D e si g n   a n d   a n a l y si o f   a p p r o x i m a t e   c o mp r e ss o r f o r   b a l a n c e d   e r r o r   a c c u m u l a t i o n   i n   M A C   o p e r a t o r ,   I E EE   T ra n s a c t i o n s   o n   C i rc u i t a n d   S y s t e m s   I :   R e g u l a r   P a p e rs ,   v o l .   6 8 ,   n o .   7 ,   p p .   2 9 5 0 2 9 6 1 ,   Ju l .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C S I . 2 0 2 1 . 3 0 7 3 1 7 7 .   [ 1 5 ]   S .   D .   S . ,   T .   K a r t h i k e y a n ,   a n d   N .   M .   S k . ,   En e r g y   e f f i c i e n t   m u l t i p l y - a c c u m u l a t e   u n i t   u s i n g   n o v e l   r e c u r si v e   m u l t i p l i c a t i o n   f o r   e r r o r - t o l e r a n t   a p p l i c a t i o n s,   I n t e g ra t i o n ,   v o l .   9 2 ,   p p .   2 4 3 4 ,   S e p .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . v l si . 2 0 2 3 . 0 4 . 0 0 6 .   [ 1 6 ]   R .   X i a o   e t   a l . A   l o w - p o w e r   i n - mem o r y   m u l t i p l i c a t i o n   a n d   a c c u m u l a t i o n   a r r a y   w i t h   mo d i f i e d   R a d i x - 4   i n p u t   a n d   c a n o n i c a l   s i g n e d   d i g i t   w e i g h t s ,   I EEE  T r a n sa c t i o n o n   Ve ry  L a r g e   S c a l e   I n t e g r a t i o n   ( VLS I )   S y st e m s ,   v o l .   3 1 ,   n o .   1 1 ,   p p .   1 7 0 0 1 7 1 2 ,   N o v .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TV LSI . 2 0 2 3 . 3 3 0 6 3 7 6 .   [ 1 7 ]   S .   R y u ,   Y .   O h ,   a n d   J. - J.  K i m,  B i n a r y w a r e :   A   h i g h - p e r f o r m a n c e   d i g i t a l   h a r d w a r e   a c c e l e r a t o r   f o r   b i n a r y   n e u r a l   n e t w o r k s,   I EE E   T ra n s a c t i o n o n   Ve r y   L a r g e   S c a l e   I n t e g r a t i o n   ( VLS I )   S y st e m s ,   v o l .   3 1 ,   n o .   1 2 ,   p p .   2 1 3 7 2 1 4 1 ,   D e c .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TV LSI . 2 0 2 3 . 3 3 2 4 8 3 4 .   [ 1 8 ]   S. - N .   Ta n g ,   A r e a - e f f i c i e n t   p a r a l l e l   mu l t i p l i c a t i o n   u n i t f o r   C N N   a c c e l e r a t o r w i t h   o u t p u t   c h a n n e l   p a r a l l e l i z a t i o n ,   I EE E   T ra n s a c t i o n o n   Ve r y   L a r g e   S c a l e   I n t e g ra t i o n   ( VL S I )   S y s t e m s ,   v o l .   3 1 ,   n o .   3 ,   p p .   4 0 6 4 1 0 ,   M a r .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TV LSI . 2 0 2 3 . 3 2 3 5 7 7 6 .   [ 1 9 ]   H .   A f z a l i - K u sh a   a n d   M .   P e d r a m,  X - N V D LA :   R u n t i me  a c c u r a c y   c o n f i g u r a b l e   N V D LA   b a s e d   o n   a p p l y i n g   v o l t a g e   o v e r sca l i n g   t o   c o m p u t i n g   a n d   m e mo r y   u n i t s,   I EEE   T ra n s a c t i o n o n   C i r c u i t a n d   S y s t e m I :   R e g u l a r   P a p e rs ,   v o l .   7 0 ,   n o .   5 ,   p p .   1 9 8 9 2 0 0 2 ,   M a y   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C S I . 2 0 2 3 . 3 2 4 7 7 4 3 .   [ 2 0 ]   G .   A .   G i l l a n i ,   M .   A .   H a n i f ,   B .   V e r s t o e p ,   S .   H .   G e r e z ,   M .   S h a f i q u e ,   a n d   A .   B .   J .   K o k k e l e r ,   M A C I S H :   D e si g n i n g   a p p r o x i m a t e   M A C   a c c e l e r a t o r s   w i t h   i n t e r n a l - sel f - h e a l i n g ,   I EE A c c e ss ,   v o l .   7 ,   p p .   7 7 1 4 2 7 7 1 6 0 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 1 9 . 2 9 2 0 3 3 5 .   [ 2 1 ]   M .   M a sa d e h ,   O .   H a s a n ,   a n d   S .   Ta h a r ,   I n p u t - c o n s c i o u s   a p p r o x i m a t e   m u l t i p l y - a c c u m u l a t e   ( M A C )   u n i t   f o r   e n e r g y - e f f i c i e n c y ,   I EEE  A c c e ss ,   v o l .   7 ,   p p .   1 4 7 1 2 9 1 4 7 1 4 2 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 1 9 . 2 9 4 6 5 1 3 .   [ 2 2 ]   K .   I n a y a t   a n d   J .   C h u n g ,   H y b r i d   a c c u mu l a t o r   f a c t o r e d   sy s t o l i c   a r r a y   f o r   mac h i n e   l e a r n i n g   a c c e l e r a t i o n ,   I E E T ra n s a c t i o n s   o n   Ve ry  L a r g e   S c a l e   I n t e g ra t i o n   ( VLS I )   S y s t e m s ,   v o l .   3 0 ,   n o .   7 ,   p p .   8 8 1 8 9 2 ,   J u l .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TV LSI . 2 0 2 2 . 3 1 7 0 2 3 3 .   [ 2 3 ]   Q .   C h e n g   e t   a l . A   l o w - p o w e r   s p a r s e   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k   a c c e l e r a t o r   w i t h   p r e - e n c o d i n g   r a d i x - 4   b o o t h   mu l t i p l i e r ,   I EE E   T ra n s a c t i o n o n   C i rc u i t a n d   S y st e m s II :   Ex p r e ss  Bri e f s ,   v o l .   7 0 ,   n o .   6 ,   p p .   2 2 4 6 2 2 5 0 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / t c s i i . 2 0 2 2 . 3 2 3 1 3 6 1 .   [ 2 4 ]   J.  L i ,   G .   S h e n ,   D .   Z h a o ,   Q .   Z h a n g ,   a n d   Y .   Ze n g ,   F i r e f l y :   A   h i g h - t h r o u g h p u t   h a r d w a r e   a c c e l e r a t o r   f o r   s p i k i n g   n e u r a l   n e t w o r k s   w i t h   e f f i c i e n t   D S P   a n d   mem o r y   o p t i m i z a t i o n ,   I E EE  T ra n s a c t i o n s o n   Ve ry  L a rg e   S c a l e   I n t e g r a t i o n   ( VL S I )   S y st e m s ,   v o l .   3 1 ,   n o .   8 ,   p p .   1 1 7 8 1 1 9 1 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / t v l si . 2 0 2 3 . 3 2 7 9 3 4 9 .   [ 2 5 ]   C .   X i e ,   Z .   S h a o ,   N .   Zh a o ,   Y .   D u ,   a n d   L.   D u ,   A n   e f f i c i e n t   C N N   i n f e r e n c e   a c c e l e r a t o r   b a s e d   o n   i n t r a -   a n d   i n t e r - c h a n n e l   f e a t u r e   map   c o mp r e ssi o n ,   I E EE  T r a n sa c t i o n o n   C i rc u i t a n d   S y s t e m I :   R e g u l a P a p e rs ,   v o l .   7 0 ,   n o .   9 ,   p p .   3 6 2 5 3 6 3 8 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / t c si . 2 0 2 3 . 3 2 8 7 6 0 2 .   [ 2 6 ]   R. - X .   Z h e n g ,   Y . - C .   K o ,   a n d   T . - T.   L i u ,   A   sp e c u l a t i v e   c o m p u t a t i o n   a p p r o a c h   f o r   e n e r g y - e f f i c i e n t   d e e p   n e u r a l   n e t w o r k ,   I E E E   T ra n s a c t i o n s   o n   C o m p u t e r - A i d e d   D e si g n   o f   I n t e g r a t e d   C i r c u i t s   a n d   S y st e m s ,   v o l .   4 2 ,   n o .   3 ,   p p .   7 9 5 8 0 6 ,   M a r .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C A D . 2 0 2 2 . 3 1 8 3 5 6 1 .   [ 2 7 ]   A .   A r u n a c h a l a m,  S .   K u n d u ,   A .   R a h a ,   S .   B a n e r j e e ,   S .   N a t a r a j a n ,   a n d   K .   B a s u ,   A   n o v e l   l o w - p o w e r   c o mp r e ssi o n   s c h e me   f o r   sy st o l i c   a r r a y - b a se d   d e e p   l e a r n i n g   a c c e l e r a t o r s ,   I EEE  T r a n sa c t i o n s   o n   C o m p u t e r - Ai d e d   D e si g n   o f   I n t e g r a t e d   C i rc u i t a n d   S y s t e m s ,   v o l .   4 2 ,   n o .   4 ,   p p .   1 0 8 5 1 0 9 8 ,   A p r .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C A D . 2 0 2 2 . 3 1 9 8 0 3 6 .   [ 2 8 ]   S .   Z h u ,   L.   H .   K .   D u o n g ,   H .   C h e n ,   D .   L i u ,   a n d   W .   Li u ,   F A T :   A n   i n - me mo r y   a c c e l e r a t o r   w i t h   f a s t   a d d i t i o n   f o r   t e r n a r y   w e i g h t   n e u r a l   n e t w o r k s,   I E EE   T ra n s a c t i o n s   o n   C o m p u t e r - A i d e d   D e si g n   o f   I n t e g r a t e d   C i r c u i t s   a n d   S y st e m s ,   v o l .   4 2 ,   n o .   3 ,   p p .   7 8 1 7 9 4 ,   M a r .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TC A D . 2 0 2 2 . 3 1 8 4 2 7 6 .   [ 2 9 ]   X .   C h e n ,   J.  Zh u ,   J .   Ji a n g ,   a n d   C . - Y .   Tsu i ,   Ti g h t   c o m p r e ss i o n :   C o m p r e ssi n g   C N N   t h r o u g h   f i n e - g r a i n e d   p r u n i n g   a n d   w e i g h t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:   2722 - 2 5 8 6         A   s u r ve o n   co n vo lu tio n a l n e u r a l n etw o r h a r d w a r a cc elera tio n     ( S u vith a   P a t h iya d a n   S u d h a ka r a n )   375   p e r m u t a t i o n   f o r   e f f i c i e n t   i mp l e m e n t a t i o n ,   I E EE  T r a n sa c t i o n s   o n   C o m p u t e r - Ai d e d   D e s i g n   o f   I n t e g r a t e d   C i rc u i t a n d   S y st e m s v o l .   4 2 ,   n o .   2 ,   p p .   6 4 4 6 5 7 ,   F e b .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C A D . 2 0 2 2 . 3 1 7 8 0 4 7 .   [ 3 0 ]   J.  L u   e t   a l . Ef f i c i e n t   h a r d w a r e   a r c h i t e c t u r e   o f   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k   f o r   E C G   c l a ssi f i c a t i o n   i n   w e a r a b l e   h e a l t h c a r e   d e v i c e ,   I EE T r a n s a c t i o n o n   C i rcu i t a n d   S y st e m I :   R e g u l a r   P a p e rs ,   v o l .   6 8 ,   n o .   7 ,   p p .   2 9 7 6 2 9 8 5 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / t c si . 2 0 2 1 . 3 0 7 2 6 2 2 .   [ 3 1 ]   Y. - H .   C h e n ,   S . - W .   C h e n ,   P . - J.  C h a n g ,   H . - T.   H u a ,   S . - Y .   Li n ,   a n d   R . - S .   C h e n ,   A   V LSI   c h i p   f o r   t h e   a b n o r m a l   h e a r t   b e a t   d e t e c t i o n   u si n g   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k ,   S e n so rs ,   v o l .   2 2 ,   n o .   3 ,   p .   7 9 6 ,   Ja n .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s 2 2 0 3 0 7 9 6 .   [ 3 2 ]   L.   S a y a d i ,   S .   T i marc h i ,   a n d   A .   S h e i k h - A k b a r i ,   Tw o   e f f i c i e n t   a p p r o x i m a t e   u n s i g n e d   m u l t i p l i e r s   b y   d e v e l o p i n g   n e w   c o n f i g u r a t i o n   f o r   a p p r o x i ma t e   4 : 2   c o m p r e ss o r s,   I E EE  T ra n s a c t i o n s   o n   C i rc u i t a n d   S y s t e m I :   Re g u l a Pa p e r s ,   v o l .   7 0 ,   n o .   4 ,   p p .   1 6 4 9 1 6 5 9 ,   A p r .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C S I . 2 0 2 3 . 3 2 4 2 5 5 8 .   [ 3 3 ]   S .   Y o n g x i a   e t   a l . D e si g n   o f   a p p r o x i ma t e   B o o t h   m u l t i p l i e r b a se d   o n   e r r o r   c o mp e n s a t i o n ,   I n t e g r a t i o n ,   v o l .   9 0 ,   p p .   1 8 3 1 8 9 ,   M a y   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . v l si . 2 0 2 3 . 0 2 . 0 0 1 .   [ 3 4 ]   Z.   A i z a z   a n d   K .   K h a r e ,   A r e a   a n d   p o w e r   e f f i c i e n t   t r u n c a t e d   b o o t h   m u l t i p l i e r u si n g   a p p r o x i ma t e   c a r r y - b a se d   e r r o r   c o m p e n sa t i o n ,   I E EE  T ra n s a c t i o n o n   C i r c u i t a n d   S y s t e m I I :   Ex p r e ss   Bri e f s ,   v o l .   6 9 ,   n o .   2 ,   p p .   5 7 9 5 8 3 ,   F e b .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C S I I . 2 0 2 1 . 3 0 9 4 9 1 0 .   [ 3 5 ]   G .   A n u s h a   a n d   P .   D e e p a ,   D e s i g n   o f   a p p r o x i m a t e   a d d e r s   a n d   mu l t i p l i e r s   f o r   e r r o r   t o l e r a n t   i ma g e   p r o c e ss i n g ,   Mi c r o p ro c e ss o rs   a n d   Mi c ro s y st e m s ,   v o l .   7 2 ,   p .   1 0 2 9 4 0 ,   F e b .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . mi c p r o . 2 0 1 9 . 1 0 2 9 4 0 .   [ 3 6 ]   A .   G .   M .   S t r o l l o ,   E .   N a p o l i ,   D .   D e   C a r o ,   N .   P e t r a ,   G .   S a g g e se ,   a n d   G .   D i   M e o ,   A p p r o x i ma t e   m u l t i p l i e r u si n g   st a t i c   seg m e n t a t i o n :   e r r o r   a n a l y s i a n d   i m p r o v e me n t s ,   I EE T ra n s a c t i o n o n   C i rc u i t a n d   S y st e m I :   Re g u l a Pa p e r s ,   v o l .   6 9 ,   n o .   6 ,   p p .   2 4 4 9 2 4 6 2 ,   Ju n .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C S I . 2 0 2 2 . 3 1 5 2 9 2 1 .           B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       S u v it h a   P a th i y a d a n   S u d h a k a r a n           is  a   P h   S c h o lar  i n   t h e   De p a rtme n o El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   En g i n e e rin g   a t   Ve Tec h   Ra n g a r a jan   Dr.  S a g u n t h a la  &   D   In stit u te  o S c ien c e   a n d   Tec h n o l o g y ,   Ch e n n a i,   In d ia  a n d   c u rre n tl y   wo rk i n g   a a n   As sista n t   P ro fe ss o i n   th e   d e p a rtme n t   o f   El e c tro n ics   a n d   C o m m u n ica ti o n   En g in e e rin g   a t   IES   C o ll e g e   o f   En g i n e e rin g ,   In d ia.  He re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   lo p o we VL S d e sig n   a n d   d e e p   lea rn i n g   a c c e ler a to rs.  S h e   c a n   b e   c o n tac ted   a su v it h a p sv t d 1 2 5 2 @g m a il . c o m .         Aa th m a n e sa n   T h a n g a k a l a i           is  a n   As sista n P r o fe ss o in   t h e   De p a rtme n o f   El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   En g in e e rin g   a Ve Tec h   Un i v e rsity ,   Ch e n n a i,   In d ia.  He   re c e iv e d   h is  P h . D.  i n   El e c tro n ic a n d   Co m m u n ica ti o n   En g in e e ri n g   wit h   re se a rc h   fo c u o n   m e tam a t e rial  a n d   tera h e rtz  a n te n n a fo b io m e d ica a p p li c a ti o n s.   His  a re a o in tere st  i n c lu d e   a n ten n a   d e sig n ,   m e tam a teria ls,  we a ra b le  a n ten n a s,  a n d   THz   sy ste m fo m e d ica d iag n o st ics .   He   h a p u b li sh e d   se v e ra S CI - i n d e x e d   re se a rc h   p a p e rs  a n d   is  c u rre n tl y   e x p lo ri n g   a d v a n c e d   a n ten n a   tec h n o lo g ies   f o wire le ss   a n d   b i o m e d ica a p p li c a ti o n s.   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t   c e g n e sa n @g m a il . c o m .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.