Chương 1. | GIGI THIEU TONG QUAN ĐỀ TÀI.1 Đặt vấn AG oes eecceecceeecssseecsneeesnscessecesnseessnsccsnscesnscesnscesnscessseessueesnneessneeesneeeens 2 1.2 Hướng nghiên cứu dé tai.3 Mục tiêu đề tài.---52+xt tt th ng re 5 1.4 Phương pháp thực hiỆn .- - -- 5 1 2211131111111 11 1111 11 811 g1 ng ng re 6 Chương 2. CO SỞ LÝ THUYÊTT.-2- 2 52+2£+EE+EE+EEE2EE+EESEEZEEzrkrrkrree 7 2.2 Artificial Neural Network - ANN. HH HH HH ng ray 8 2.1 Thuật toán Feed-fOTWAr.2 Các hàm kích hoạt.3 Thuật toán Back-Propagation.- -- ng TH ng 13 2.1 Main Network — Mạng chính.2 Target Network — Mạng mục tiÊu.
Temporal DIÍerence.4 Experience Replay — Bộ đệm phát lại.5 Chiến lược — POliCy.4 Learning rate — Tốc độ học 177. DE XUẤT KIÊN TRÚC THIẾT KÉẾ.1 Đề xuất kiến trúc tỐng quan.---:- ¿+ +++++£x+2E++EE++Ex+rxerxeerxesrxee 21 3.1 Mô tả hệ thống.2 Mô tả interface của DQN TOIPP. Kiến trúc thiết kế của DQN TOP.2 Dé xuất kiến trúc chỉ tiẾt.1 _ Thiết kế khối Main Network.2 __ Thiết kế của Feedforward.----:--cc©ce+c++cxtrkerkrrxerxerkeres 33 3. Thiết kế khối PE — Perceptron Elemeni.4 _ Thiết kế khối Leaky ReLU.5 Thiết kế của Backpropagation.------¿-sc+cc+cxecrxeerxee 36 3.6 Thiết kế khối CEN — Calculate Error on Nođe.7 __ Thiết kế khối CDUW- Calculator Delta and Update Weight.8 Thiết kế khối Target NetWwOrk.
Thiết kế khối Target Update .10 Thiết kế khối Experience Replay.11 Thiết kế khối Epsilon Greedy.12 Thiết kế khối Changing Learning Rate.13 Thiết kế khối Temporal Difference.14 Thiét kế khối RNG — Random Number Generator.15 Thiết kế khối RNG-FP oon.16 Thiết kế khối Multiplier Floating Point Single Precision.17 Thiết kế khối Adder Floating Point Single Precision. KET QUA MO PHONG - TONG HỢP TAI NGUYÊN.1 Phương pháp đánh giá .- vn HH HH gi 62 4.2 Kết qua mô phỏng và tổng hợp tài nguyên.1 Multiplier Floating Point Single Precision.2 Adder Floating Point Single Presion.3 Perceptron Element — PIE.--- - cv se rre 66 4.4 Random Number Generator Floating Point — RNG-EP.5 Cal Delta and Update Weights — CDUW .8 Changing Learning Raf€.-- ch kg re 72 4.- -- LG HH HH HH Hư74 4.10 Temporal DIÍÍ€r€enCe.--- c1 1n ng ng ng 74 4. LG c1 1xx kkkEr75 4.1 Đánh giá độ chính xác và đường cong dao tạo.2 Kết quả tông hợp tài nguyên.---2- 2 sce+Et+E+EerEerkerkerseree 86 4.4 So sánh với kết quả của các nghiên cứu liên quan .----:-----s- 87 AAD Về chức nang: oeececcecceccsscssessessesssessessessesssessessessessusssessessecssssseeseeaes 88 4.2 Về tài nguyên phan cứng sử dụng.3 Về thời gian xử lý.-----ccckcckcEEEEErEerkrrrrrerkerree 89 Chương 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIÊN DE TÀI.2 Kho khan gap pha.3 Hướng phát trign.ccccecccccssessesseesessessessessesecsessecsessessessessesecssssessessesseeseeseaee 93 DANH MỤC HÌNH ANH Hình 1.
1 Cac Tinh vurc may NOC 1n. 2 Tro Choi PacMan 0 “44-13. 1 Q-Learning biểu diễn đưới dang Dang. 2 Một mang nơ-ron đơn Ø1ảñ.- --- 5 5 + vn HH ng ri, 8 Hình 2.
3 Thuật toán Feed-forwatd. 4 Đồ thị biểu diễn của hàm Sigmoid. 5 Đồ thị biểu diễn của hàm RELU .---ccccc+cc+verrrverrrrrerrrte 10 Hình 2. 6 Đồ thị biểu diễn của hàm Leaky ReLU.
7 Minh họa cho thuật toán Back-propagation. 8 Mô hình giải thuật Deep Q-NefWOrK. 9 Hàm xấp xi sử dụng mang ANN. 10 Mạng nơ-ron trong Deep Q-netWOTK.-- - + sss+svssseeseees 15 Hình 2.
11 Mạng chính và mạng mục tiêu trong DON. 12 Mô tả về bộ đệm phat lại.-- ¿- ¿2-2 5sS£+E£+E££E£Ee£Eerkerxersrree 18 Hình 2. 13 Môi trường CarfOÏ€.- --- 6 5119 ng ng ngư 19 Hình 3. 1 Giao tiếp giữa mô hình DQN và môi trường Cartpole.
2 Interface của DQN TOP 0. 3 Sơ đồ khối của DON TOP.-- ¿+ + k+EE+EE+EE2EE2EEEEEEEEEkerkerkrree 24 Hình 3. 4 Interface của DON DA TAPATTH. 5 Sơ đồ khối của DON DATAPATTTH.-¿- 2s E+E+EE+EeEE+Eerkerrxers 26 Hình 3.
6 Lưu đồ chuyền trang thái của DỌN.----- 2-2 2 x+cx+£xsrxzrszxez 28 Hình 3. 7 Interface của Main NetWOTK. 8 Sơ đồ khối của Main NetwOrk. 9 Lưu đồ chuyền trạng thái khối Main Network.
10 Mô tả cách hoạt động của Feedforward trong thiết kế. 11 Interface của Perceptron Element (PE). 12 Sơ đồ khối của PE. 13 Interface của khối Leaky ReLU.-----2¿©5¿2c+2z++cx++zxezzxeee 35 Hình 3.
14 Sơ đồ khối của Leaky ReLU.---2¿25¿©5++2S+22xt2xxerxesrxerrxees 36 Hình 3. 15 Mô tả hoạt động của Backpropagation. 16 Interface của khối CEN.----- ¿5£ ©E+SE‡EE+EEEEE2EEEEEEEEEErkerkrrkrree 37 Hình 3. 17 Sơ đồ khối của khối CEN.
18 Interface của khối CDUW. 19 Sơ đồ khối của CDUW. 20 Interface Target NetWOrK.-- --G- LH HnnH ng H net 41 Hình 3. 21 Sơ đồ khối của khối Target NetWwork.
22 Lưu đồ chuyền trạng thái của Target Network. 23 Interface của Target pdaf€. 24 Sơ đồ khối của Target Update. 25 Interface cua Experience Replay Memory.
26 So đồ khối của Experience Replay Memory. 27 Interface khối Epsilon Greedy. 28 So đồ khối Epsilon Greedy. 29 Interface của khối Changing Learning Rate.
30 Sơ đồ khối của Changing Learning Rate. 31 Interface của Temporal DIfferenCe.--- «sec seesserserseree 51 Hình 3. 32 Sơ đồ khối của Temporal Difference.------¿- s¿cs2s++cx++cse2 52 Hình 3. 33 Mô tả Random FIDOTACCI.- 5 c5 31191391 99 33 9 vn rry 54 Hình 3.
34 Mô tả Random jaÌO1S .- so s1 1 93 91199119 1 9g ng ry 54 Hình 3. 35 Interface của RNG-FFP. ng TH ng ng ưy 54 Hình 3. 36 Sơ đồ khối của RNG-FP oo.
37 Các khối con tạo gid tri ngẫu nhiên bên trong khối RNG-FP. 38 Interface Multiplier FP-32Bit. 39 Sơ đồ khối cua Multiplier FP-32bit 0. 40 Interface của Adder FP-32bI(.- --- 5 + xxx re, 59 Hình 3.
41 Sơ đồ khối Adder EP-32bi(. 1 Sơ đồ khối môi trường Testbench:.----- 2-2 2+s2+s£x+£++zs+zszz 62 Hình 4. 2 Mô phỏng các trường hợp đặc biệt mạch nhân FP-32bit. 3 Mô phỏng các trường hợp ngẫu nhiên mạch nhân FP-32bit.
4 Mô phỏng các trường hợp đặc biệt mạch cộng FP-32bit. 5 Mô phỏng các trường hợp đặc biệt mạch cộng FP-32bit. 6 Mô phỏng cả PE với 4 node trước đÓ. - -- sc + ssersserseereeres 66 Hình 4.
7 Mô phỏng PE với 9 node trước đÓ.- -- - tt seeeeeserseesre 66 Hình 4. 8 Mô phỏng của khối RNG-FP.- 2-2-2 2+E£EE£EEtEEEEErExerxerreee 67 Hình 4. 9 Mô phỏng của mạch CDUẲW.-- SG HH key 68 Hình 4. 10 Mô phỏng của mạch CDUW đầu vào.--- 2-5552 22zs+zxcrxcres 68 Hình 4.
11 Mô phỏng của mạch CDUW đầu ra. 12 Mô phỏng của mach Experience Replay (1/2). 13 Mô phỏng dạng sóng cua mach Experience Replay (2/2). 14 Mô phỏng dạng sóng Epsilon Greedy (1/2).
15 Mô phỏng dạng sóng Epsilon Greedy (1/2). 16 Mô phỏng dạng sóng Changing Learning Rate (1/2). 17 Mô phỏng dạng sóng Changing Learning Rate (1/2). 18 Mô phỏng dạng sóng của Target Updafe.
19 Mô phỏng dạng sóng Temporal DIfference. 20 Mô phỏng dạng sóng Main Network (1/4) - QverView. 21 Mô phỏng dạng sóng Main Network (2/4) — Load Weight Init. 22 Mô phỏng dạng sóng Main Network (3/4) — Predict Mode.
23 Mô phỏng dạng sóng Main Network (4/4) — Train Mode. 24 Mô phỏng dạng sóng Target Network (1/2) — Overview. 25 Mô phỏng dạng sóng Target Network (2/2) — Target Update Mode. 26 Mô phỏng dạng sóng DỌN_ TOP (1/4)-Overview.
27 Mô phỏng dạng sóng DỌN_ TOP (2/4) — Interactive Mode. 28 Mô phỏng dạng sóng DỌN_ TOP (3/4)- Train Mode. 29 Mô phỏng dạng sóng DỌN_ TOP (4/4)-End. 30: Đường cong đào tạo của mô hình trên phần mềm.
31: Đường cong đào tạo của mô hình trên phần mềm và phần cứng. 32 Đường còn đảo tạo từ [Š].---- Sc 1 11 3 1111111 1x rrrrree 88 Hình 5. 1 Kết quả mô phỏng thời gian .---- ©5525 5£+S£2££2E££E£Ee£xerxerxee 92 Hình 5. 2 Kích thước tệp mô phỏng dumpfiÏe.
- -¿- -5- s + £+s<<s£+se+sx++ 92 DANH MỤC BẢNG Bang 1. 1 Mục tiêu đề tài. -:- 5s Ss St SE E12 1211112112111. 1 Các lỗi vi phạm của các hàm kích hoạt.---¿- + ¿55c5+ec+es+ss+ 11 Bảng 2.
2 Mô tả các kí hiệu trong mô hình DQN 0. eee eeeeeesteceneeeeneeeeaeeeeees 14 Bảng 2. 3 Các điều kiện để con lắc cân băng .--- 2-2-2 +2xzzs+rxerxeres 20 Bảng 3. 1 Mô tả tín hiệu interface của DỌQN 'TOPP.- - - ccss+sseerseeeree 23 Bang 3.
2 Mô tả các thành phan chính trong DQN TOP. 3 Mô tả các tín hiệu interface của DON DATAPATTH. 4 Mô tả các khối trong DON DATAPATTH.---2-©22©5s+cs+zxe>sz 27 Bang 3. 5 Mô tả tín hiệu interface của Main Network.- --cc«cs« sex 29 Bang 3.
6 Mô tả các khối con trong Main Network.--------©z+cs+cx+cxezsz 30 Bảng 3. 7 Mô tả tín hiệu interface của PE. -- -- + kg kg rưy 34 Bảng 3. 8 Mô tả tín hiệu interface của Leaky ReL.
9 Mô tả tín hiệu interface của khối CEN.-------5+©5++cs+cx+zxezss 38 Bảng 3. 10 Mô tả tín hiệu interface của khối CDUW. 11 Mô tả tín hiệu interface của khối Target Network. 12 Mô tả tín hiệu interface của khối Target Update.
13 Mô ta tín hiệu interface của khối Experience Relay Memory. 14 Mô tả tín hiệu interface của Epsilon Greedy. 15 Mô tả tín hiệu interface của khối Changing Learning Rate. 16 Mô tả tín hiệu interface của khối Temporal Difference.
17 Mô tả tín hiệu interface của khối RNG. 18 Mô tả tín hiệu interface của khối Multiplier FP-32bit. 19 Mô tả các khối bên trong khối Multiplier FP-32bit. 20 Mô ta tín hiệu interface của khối Adder FP-32bit.
21 Mô tả các khối con bên trong khối Adder FP-32bit. 1 Mô ta mô phỏng các trường hợp đặc biệt mạch nhân FP-32bit. 2 Mô tả các trường hợp ngẫu nhiên mạch nhân FP-32bit. 3 Tổng hop tài nguyên phần cứng mạch nhân FP-32bit.
4 Mô ta mô phỏng các trường hợp đặc biệt mạch cộng FP-32bit. 5 Mô tả mô phỏng các trường hợp đặc biệt mạch cộng FP-32bit.6 Tổng hợp tài nguyên phan cứng mạch cộng FP-32bit. 7 Kết quả tong hợp tài nguyên phan cứng của PE. 8 Tổng hợp tài nguyên phan cứng của RNG-EP.
9 Mô tả giá trị tính toán mạch CDUW từ Hình 5. 10 Tổng hợp tài nguyên phan cứng của CDUW. 11 Tổng hợp tài nguyên phần cứng của Experience Replay. 12 Tổng hợp tài nguyên phần cứng của Epsilon Greedy.
13 Tổng hợp tài nguyên phần cứng của Changing Learning Rate. 14 Tổng hợp tài nguyên phần cứng của Target Update. 15 Tổng hop tài nguyên phan cứng của Temporal Difference. 16 Tổng hợp tài nguyên phần cứng của Main Network.
17 Tổng hợp tài nguyên phan cứng của Target Network. 18 Các giá trị siêu tham số sử dụng cho mô hình. 19 Kết quả sai số giữa phần cứng và phần mềm mô hình DỌN. 20: Phiên đầu tiên đạt được phần thưởng lớn nhất.
21 Tổng hợp tài nguyên của DQN trên xe7vx485tffg1927-1. 22 Kết quả so sánh với các bài báo khác.----:--¿-s+cs++cx++cxe+ 87 Bảng 4. 23: Đặc trưng nền tang của nghiên cứu [5]. 24: Tài nguyên phan FPGA của nghiên cứu [5].
25 So sánh thời gian xử lý Với [Š],. 1 Mục tiêu đề ra và kết quả đạt ẨưỢC .