Overview of the hardware implementation of devices using Posit number system
DOI:
https://doi.org/10.18372/2073-4751.83.20546Keywords:
Posit Number System, IEEE floating point unit, embedded systems, hardware, deep neural networkAbstract
The modern development of computer computing is accompanied by increasing demands for numerical representation accuracy, energy efficiency, and hardware optimization. The traditional floating-point format IEEE 754, which has served as the fundamental standard in numerical computations for decades, reveals a number of limitations that become critical under new technological challenges. In particular, issues such as excessive hardware complexity, limited accuracy, and inefficient utilization of computational resources remain problematic.
The Posit arithmetic is considered a promising alternative to classical approaches. Its conceptual features make it possible to enhance numerical accuracy, reduce hardware costs, and achieve a better balance between performance and energy efficiency. This makes the Posit system a relevant subject of investigation in such fields as deep learning, embedded systems, and high-performance computing.
However, the practical implementation of Posit arithmetic at the hardware level requires in-depth analysis. The viability and scalability of this new number representation system are determined by the efficiency of hardware architectures capable of providing the required levels of accuracy, performance, and robustness against computational errors.
In the main part of this article, prepared within the framework of obtaining the degree of Doctor of Philosophy, the fundamentals of Posit arithmetic, its structure, advantages, and challenges in comparison with IEEE 754 are described.This is followed by a detailed examination of hardware implementations of Posit arithmetic units. Applications in deep learning, accuracy and efficiency analyses, robustness studies, and error investigations will be considered. The review concludes with a summary of the key findings and implications for future research.
References
Murillo R., Del Barrio A. A., Botella G., Kim M. S., Kim H., Bagherzadeh N. PLAM: A Posit Logarithm-Approximate Multiplier. IEEE Transactions on Emerging Topics in Computing. 2022. Vol. 10, № 4. P. 2079-2085.
DOI: 10.1109/TETC.2021.3109127.
Crespo L., Tomás P., Roma N., Neves N. Unified Posit/IEEE-754 Vector MAC Unit for Transprecision Computing. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. 2022. Vol. 69, No. 5. P. 2478–2482. DOI: 10.1109/TCSII.2022.3160191.
Zolfagharinejad M., Kamal M., Afzali-Khusha A., Pedram M. Posit Process Element for Using in Energy-Efficient DNN Accelerators. IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems. 2022. Vol. 30, № 6. P. 844-848. DOI: 10.1109/TVLSI.2022.3165510.
Cococcioni M., Rossi F., Ruffaldi E., Saponara S. A Lightweight Posit Processing Unit for RISC-V Processors in Deep Neural Network Applications. IEEE Transactions on Emerging Topics in Computing. 2022. Vol. 10, № 4. P. 1898-1908. DOI: 10.1109/TETC.2021.3120538.
Desrentes O., Resmerita D., Dupont de Dinechin B. A Posit8 Decompression Operator for Deep Neural Network Inference. In: Gustafson J., Dimitrov V. (eds) Next Generation Arithmetic. CoNGA 2022. Lecture Notes in Computer Science, vol 13253. Springer, Cham, 2022. P. 19-33. DOI: 10.1007/978-3-031-09779-9_2.
Murillo R., Del Barrio A. A., Botella G. Customized Posit Adders and Multipliers using the FloPoCo Core Generator. In: 2020 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). Seville, Spain, 2020. P. 1–5. DOI: 10.1109/ISCAS45731.2020.9180771.
Leong S.H., Gustafson J.L. Lossless FFTs Using Posit Arithmetic. In: Gustafson J., Leong S.H., Michalewicz M. (eds) Next Generation Arithmetic. CoNGA 2023. Lecture Notes in Computer Science, vol 13851. Springer, Cham. 2023. P. 3–15. DOI: 10.1007/978-3-031-32180-1_1.
L.B.R.K., H.R.S., Puli K., Annapalli S.R.R., Pudi V. Design of Energy Efficient and Low Delay Posit Multiplier. In: 2023 36th International Conference on VLSI Design and 2023 22nd International Conference on Embedded Systems (VLSID). Hyderabad, India, 2023. P. 1–6. DOI: 10.1109/VLSID57277.2023.00042
Downloads
Published
Issue
Section
License
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).