一种星载信息系统微系统电路设计

基于星载信息系统高集成化、轻小型化和智能化的发展需求,微系统电路通过SOC/SIP等先进集成电路设计技术将CPU、 FPGA及相关功能的裸芯片高密度集成。相比传统卫星研制方式,微系统电路的体积、重量、功耗显著减小,且产品研制周期由于模块化、通用化设计得以缩减。文章介绍一种基于RISC-V指令集处理器的星载信息系统微系统电路设计方案,采用基于RISC-V指令集的双核处理器作为微系统控制核心;通过架构优化设计集成RISC-V处理器核、 FPGA、存储芯片、接口电路等;考虑空间环境的影响,通过结构级抗辐照加固设计提升微系统电路的在轨运行可靠性。     

抗辐照通用扩展SiP芯片设计

研究微小卫星综合电子系统的SiP技术实现方法。首先介绍微小卫星综合电子系统结构的组成和采用SiP技术的必要性，然后对综合电子系统进行功能模块划分，并对其通用扩展模块进行详细的SiP设计，包括抗辐照器件选型、原型验证、SiP原理图、基板管壳一体化设计、建模仿真、制造加工、实装测试验证等，通过SiP技术实现了一种星载综合电子系统中通用扩展SiP芯片产品，经过实际验证测试，在保证模块功能和性能的前提下，整体模块重量从230 g减轻到48 g，体积由180 mm?130 mm?17 mm减小到46 mm?46 mm?8 mm，很好地满足了星载功能模块小型化、轻量化设计需求。     

面向在轨高效实时图像处理的二值权重沙漏网络加速器设计

为了实现在轨高速实时图像处理,提出了基于多级预测校准机制及查找表方法的二值权重沙漏网络加速器。首先,提出了一种计算架构来统一支持二值权重及多位宽权重卷积计算;其次,提出了多级预测模型来实现可变精度的高效卷积,基于这2种方法可以将网络的计算量降低77.4%,推理速度提升2.3倍。本文针对残差模块中跳转连接造成的存储访问问题,提出了基于模块计算的流水架构,使得片上存储需求及访存操作分别降低了60%和31%,最终在28 nm工艺下完成了硬件后端设计以及性能分析,该加速器的面积为0.7 mm2。在500 MHz工作频率下,功耗为117 mW,功耗效率达到10.15 TOPS/W,与当前主流二值加速器相比提升2个数量级以上。     

基于误差模型的权重二值神经网络近似加速

针对智能识别系统精确度和硬件复杂度之间的均衡设计问题,提出了一种基于误差统计模型的权重二值神经网络近似加速方法。在提出了一种获得高精度轻量神经网络的权重二值化处理算法基础上,引入近似加法器、消除乘法器以进一步提高能效。最终提出了一种系统级误差统计模型用于系统评估和优化设计,该设计能够分析和预测权重二值神经网络近似加速系统的最终精度。结果表明:该模型可以准确地预测系统精度,与仿真结果对比,相对误差在2.05%～3.07%。该模型预测用于指导相应软硬件的设计优化,可大幅提高设计的迭代速度。