基于机器学习的模型最近获得了吸引力，作为通过构建提供快速准确的性能预测的模型来克服FPGA下游实现过程的一种方式。但是，这些模型有两个主要局限性：（1）培训需要大量数据（从FPGA合成和实施报告中提取的功能），这是由于耗时的FPGA设计周期而具有成本范围的； （2）针对特定环境训练的模型无法预测新的未知环境。在云系统中，访问平台通常是昂贵的，ML模型的数据收集可以显着增加系统的总成本所有权（TCO）。为了克服这些限制，我们提出了Leaper，这是一种基于FPGA的基于转移学习的方法，可将现有的基于ML的模型适应新的，未知的环境，以提供快速准确的性能和资源利用预测。实验结果表明，当我们使用转移的模型进行5次学习的云环境中的预测并将设计空间探索时间从天数到几个小时，我们的方法平均提供了85％的精度。

计算机架构和系统已优化了很长时间，以便高效执行机器学习（ML）模型。现在，是时候重新考虑ML和系统之间的关系，并让ML转换计算机架构和系统的设计方式。这有一个双重含义：改善设计师的生产力，以及完成良性周期。在这篇论文中，我们对应用ML进行计算机架构和系统设计的工作进行了全面的审查。首先，我们考虑ML技术在架构/系统设计中的典型作用，即快速预测建模或设计方法，我们执行高级分类学。然后，我们总结了通过ML技术解决的计算机架构/系统设计中的常见问题，并且所用典型的ML技术来解决它们中的每一个。除了在狭义中强调计算机架构外，我们采用数据中心可被认为是仓库规模计算机的概念;粗略的计算机系统中提供粗略讨论，例如代码生成和编译器;我们还注意ML技术如何帮助和改造设计自动化。我们进一步提供了对机会和潜在方向的未来愿景，并设想应用ML的计算机架构和系统将在社区中蓬勃发展。

通常，机器学习应用程序必须应对动态环境，其中数据以潜在无限长度和瞬态行为的连续数据流的形式收集。与传统（批量）数据挖掘相比，流处理算法对计算资源和对数据演进的适应性具有额外要求。它们必须逐步处理实例，因为数据的连续流量禁止存储多次通过的数据。合奏学习在这种情况下取​​得了显着的预测性能。实现为一组（几个）个别分类器，合奏是自然可用于任务并行性的。但是，用于捕获概念漂移的增量学习和动态数据结构增加了缓存未命中并阻碍了并行性的好处。本文提出了一种迷你批处理策略，可以改善多核环境中用于流挖掘的多个集合算法的内存访问局部性和性能。借助正式框架，我们证明迷你批量可以显着降低重用距离（以及缓存未命中的数量）。在六种不同的最先进的集合算法上应用四个基准数据集的六种不同特性的实验显示了8个核心处理器上高达5倍的加速。这些效益牺牲了预测性能的少量减少。

近年来，随着传感器和智能设备的广泛传播，物联网（IoT）系统的数据生成速度已大大增加。在物联网系统中，必须经常处理，转换和分析大量数据，以实现各种物联网服务和功能。机器学习（ML）方法已显示出其物联网数据分析的能力。但是，将ML模型应用于物联网数据分析任务仍然面临许多困难和挑战，特别是有效的模型选择，设计/调整和更新，这给经验丰富的数据科学家带来了巨大的需求。此外，物联网数据的动态性质可能引入概念漂移问题，从而导致模型性能降解。为了减少人类的努力，自动化机器学习（AUTOML）已成为一个流行的领域，旨在自动选择，构建，调整和更新机器学习模型，以在指定任务上实现最佳性能。在本文中，我们对Automl区域中模型选择，调整和更新过程中的现有方法进行了审查，以识别和总结将ML算法应用于IoT数据分析的每个步骤的最佳解决方案。为了证明我们的发现并帮助工业用户和研究人员更好地实施汽车方法，在这项工作中提出了将汽车应用于IoT异常检测问题的案例研究。最后，我们讨论并分类了该领域的挑战和研究方向。

近年来，卷积神经网络（CNN）证明了它们在许多领域解决问题的能力，并且以前无法进行准确性。但是，这带有广泛的计算要求，这使得普通CPU无法提供所需的实时性能。同时，FPGA对加速CNN推断的兴趣激增。这是由于他们有能力创建具有不同级别的并行性的自定义设计。此外，与GPU相比，FPGA提供每瓦的性能更好。基于FPGA的CNN加速器的当前趋势是实现多个卷积层处理器（CLP），每个处理器都针对一层层量身定制。但是，CNN体系结构的日益增长的复杂性使得优化目标FPGA设备上可用的资源，以使最佳性能更具挑战性。在本文中，我们提出了CNN加速器和随附的自动设计方法，该方法采用元启发式学来分区可用的FPGA资源来设计多CLP加速器。具体而言，提出的设计工具采用模拟退火（SA）和禁忌搜索（TS）算法来查找所需的CLP数量及其各自的配置，以在给定的目标FPGA设备上实现最佳性能。在这里，重点是关键规格和硬件资源，包括数字信号处理器，阻止RAM和芯片内存储器带宽。提出了使用四个众所周知的基准CNN的实验结果和比较，表明所提出的加速框架既令人鼓舞又有前途。基于SA-/TS的多CLP比在加速Alexnet，Squeezenet 1.1，VGGNET和Googlenet架构上的最新单个/多CLP方法高1.31x-2.37倍高2.37倍。和VC709 FPGA板。

Workloads in modern cloud data centers are becoming increasingly complex. The number of workloads running in cloud data centers has been growing exponentially for the last few years, and cloud service providers (CSP) have been supporting on-demand services in real-time. Realizing the growing complexity of cloud environment and cloud workloads, hardware vendors such as Intel and AMD are increasingly introducing cloud-specific workload acceleration features in their CPU platforms. These features are typically targeted towards popular and commonly-used cloud workloads. Nonetheless, uncommon, customer-specific workloads (unknown workloads), if their characteristics are different from common workloads (known workloads), may not realize the potential of the underlying platform. To address this problem of realizing the full potential of the underlying platform, we develop a machine learning based technique to characterize, profile and predict workloads running in the cloud environment. Experimental evaluation of our technique demonstrates good prediction performance. We also develop techniques to analyze the performance of the model in a standalone manner.

操作系统包括许多启发式算法，旨在提高整体存储性能和吞吐量。由于此类启发式is不能适用于所有条件和工作负载，因此系统设计人员诉诸用户对用户的众多可调参数揭示 - 基本上负担用户不断优化自己的存储系统和应用程序。存储系统通常负责I / O重型应用中的大多数延迟，因此即使是小的总延迟改善也可能很重要。机器学习（ml）技术承诺学习模式，从它们概括，并实现适应更改工作负载的最佳解决方案。我们提出ML解决方案成为OSS中的一流组件，并更换了动态优化存储系统的手动启发式。在本文中，我们描述了我们所提出的ML架构，称为KML。我们开发了一个原型KML体系结构，并将其应用于两个问题：最佳readAhead和NFS读取大小值。我们的实验表明，KML消耗了很少的操作系统资源，延迟可忽略不计，但可以学习可以分别为两种用例的2.3倍或15倍提高I / O吞吐量的模式 - 即使是复杂的，也不是为了复杂 - 在不同的存储设备上同时运行混合工作负载。

关键性服务已被广泛部署在云环境中。为了成本效益，通常在服务器上共同介绍多个服务。因此，在这些复杂的共同定位案例中，运行时资源调度成为QoS控制的枢轴。但是，调度勘探空间随着服务器资源的增加而迅速扩大，使调度程序几乎无法迅速提供理想的解决方案。更重要的是，我们观察到计划探索空间中有“资源悬崖”。它们会影响勘探效率，并始终导致严重的QoS波动。在先前的调度程序中，无法轻松避免资源悬崖。为了解决这些问题，我们提出了一种基于ML的新型智能调度程序-OSML。它了解建筑提示（例如，IPC，Cache Misses，内存足迹等）之间的相关性，调度解决方案和QoS需求基于我们从在现成服务器上运行的11个广泛部署的服务中收集的数据集。 OSML采用多个ML模型来协作工作，以预测QoS变化，调整调度以及在复杂的共同定位案例中违反QoS违规行为。 OSML可以在调度期间明智地避免资源悬崖，并比以前的共同定位的LC服务更快地达到最佳解决方案。实验结果表明，与以前的研究相比，OSML支持较高的负载，并符合QoS目标较低的QoS目标，而收敛时间较短。

大多数机器学习算法由一个或多个超参数配置，必须仔细选择并且通常会影响性能。为避免耗时和不可递销的手动试验和错误过程来查找性能良好的超参数配置，可以采用各种自动超参数优化（HPO）方法，例如，基于监督机器学习的重新采样误差估计。本文介绍了HPO后，本文审查了重要的HPO方法，如网格或随机搜索，进化算法，贝叶斯优化，超带和赛车。它给出了关于进行HPO的重要选择的实用建议，包括HPO算法本身，性能评估，如何将HPO与ML管道，运行时改进和并行化结合起来。这项工作伴随着附录，其中包含关于R和Python的特定软件包的信息，以及用于特定学习算法的信息和推荐的超参数搜索空间。我们还提供笔记本电脑，这些笔记本展示了这项工作的概念作为补充文件。

高吞吐量数据处理应用的高效硬件加速器设计，例如深度神经网络，是计算机架构设计中有挑战性的任务。在这方面，高级合成（HLS）作为快速原型设计的解决方案，从应用程序计算流程的行为描述开始。这种设计空间探索（DSE）旨在识别帕累托最佳的合成配置，其穷举搜索由于设计空间维度和合成过程的禁止计算成本而往往不可行。在该框架内，我们通过提出在文献中，有效和有效地解决了设计问题图形神经网络，该神经网络共同预测了合成的行为规范的加速性能和硬件成本给出了优化指令。考虑到性能和成本估计，学习模型可用于通过引导DSE来快速接近帕累托曲线。所提出的方法优于传统的HLS驱动DSE方法，通过考虑任意长度的计算机程序和输入的不变特性。我们提出了一种新颖的混合控制和数据流图表示，可以在不同硬件加速器的规格上培训图形神经网络;该方法自然地转移到解除数据处理应用程序。此外，我们表明我们的方法实现了与常用模拟器的预测准确性相当，而无需访问HLS编译器和目标FPGA的分析模型，同时是更快的数量级。最后，通过微调来自新目标域的少量样本，可以在未开发的配置空间中解放所学习的表示。

训练机学习（ML）算法是一个计算密集型过程，由于反复访问大型培训数据集，经常会陷入内存。结果，以处理器为中心的系统（例如CPU，GPU）遭受了内存单元和处理单元之间的昂贵数据移动，这会消耗大量的能量和执行周期。以内存为中心的计算系统，即具有内存（PIM）功能，可以减轻此数据运动瓶颈。我们的目标是了解现代通用PIM体系结构加速ML培训的潜力。为此，我们（1）在现实世界通用PIM体系结构上实现了几种代表性的经典ML算法（即线性回归，逻辑回归，决策树，K-均值聚类），（2）严格评估并表征它们在准确性，性能和缩放方面以及（3）与CPU和GPU上的对应物实现相比。我们对具有2500多个PIM核心的真实内存计算系统的评估表明，当PIM硬件在必要的操作和数据类型上，通用PIM架构可以极大地加速内存的ML工作负载。例如，我们对决策树的PIM实施比8核Intel Xeon上的最先进的CPU版本$ 27 \ times $ $，并且比最先进的GPU快$ 1.34 \ times $ $ NVIDIA A100上的版本。我们在PIM上的K-Means聚类分别为$ 2.8 \ times $和$ 3.2 \ times $ $，分别是最先进的CPU和GPU版本。据我们所知，我们的工作是第一个评估现实世界中PIM架构的ML培训的工作。我们以关键的观察，外卖和建议结束，可以激发ML工作负载的用户，PIM架构的程序员以及未来以内存计算系统的硬件设计师和架构师。

虽然离散事件模拟器是建筑研究，设计和开发的必备工具，但它们的实用性受到在调查下的现实应用的极长时间的影响。这项工作描述了一项协调一致的努力，其中机器学习（ML）用于加速离散事件仿真。首先，构建了用于静态指令属性和动态处理器状态的基于ML的指令延迟预测框架。然后，基于所提出的指令延迟预测器来实现GPU加速的并行模拟器，并且验证了其模拟精度和吞吐量并针对最先进的模拟器评估。利用现代GPU，基于ML的模拟器显着优于传统的模拟器。

目前，数据赢得了用户生成的数据和数据处理系统之间的大鼠竞赛。机器学习的使用增加导致处理需求的进一步增加，而数据量不断增长。为了赢得比赛，需要将机器学习应用于通过网络的数据。数据的网络分类可以减少服务器上的负载，减少响应时间并提高可伸缩性。在本文中，我们使用现成的网络设备以混合方式介绍了IISY，以混合方式实施机器学习分类模型。 IISY针对网络内分类的三个主要挑战：（i）将分类模型映射到网络设备（ii）提取所需功能以及（iii）解决资源和功能约束。 IISY支持一系列传统和集合机器学习模型，独立于开关管道中的阶段数量扩展。此外，我们证明了IISY用于混合分类的使用，其中在一个开关上实现了一个小模型，在后端的大型模型上实现了一个小模型，从而实现了接近最佳的分类结果，同时大大降低了服务器上的延迟和负载。

我们展示了CFU Playground，这是一个全堆栈的开源框架，可实现用于嵌入式ML系统的机器学习（ML）加速器的快速和迭代设计。我们的工具链紧紧集成开源软件，RTL发电机和FPGA工具，用于综合，地点和路线。此全堆栈开发框架为工程师提供了访问探索定制架构，这些架构是为嵌入式ML定制和共同优化的。快速，部署型材优化反馈循环让ML硬件和软件开发人员在对定制方面相对较小的投资中取得重大回报。使用CFU Playground的设计循环，我们在CPU和加速器之间显示了大量的Speedups（55x-75x）和设计空间探索。

机器学习的进步为低端互联网节点（例如微控制器）带来了新的机会，将情报带入了情报。传统的机器学习部署具有较高的记忆力，并计算足迹阻碍了其在超资源约束的微控制器上的直接部署。本文强调了为MicroController类设备启用机载机器学习的独特要求。研究人员为资源有限的应用程序使用专门的模型开发工作流程，以确保计算和延迟预算在设备限制之内，同时仍保持所需的性能。我们表征了微控制器类设备的机器学习模型开发的广泛适用的闭环工作流程，并表明几类应用程序采用了它的特定实例。我们通过展示多种用例，将定性和数值见解介绍到模型开发的不同阶段。最后，我们确定了开放的研究挑战和未解决的问题，要求仔细考虑前进。

无线电接入网络（RAN）技术继续见证巨大的增长，开放式运行越来越最近的势头。在O-RAN规范中，RAN智能控制器（RIC）用作自动化主机。本文介绍了对O-RAN堆栈相关的机器学习（ML）的原则，特别是加强学习（RL）。此外，我们审查无线网络的最先进的研究，并将其投入到RAN框架和O-RAN架构的层次结构上。我们在整个开发生命周期中提供ML / RL模型面临的挑战的分类：从系统规范到生产部署（数据采集，模型设计，测试和管理等）。为了解决挑战，我们将一组现有的MLOPS原理整合，当考虑RL代理时，具有独特的特性。本文讨论了系统的生命周期模型开发，测试和验证管道，称为：RLOPS。我们讨论了RLOP的所有基本部分，包括：模型规范，开发和蒸馏，生产环境服务，运营监控，安全/安全和数据工程平台。根据这些原则，我们提出了最佳实践，以实现自动化和可重复的模型开发过程。

越来越多的工作已经认识到利用机器学习（ML）进步的重要性，以满足提取访问控制属性，策略挖掘，策略验证，访问决策等有效自动化的需求。在这项工作中，我们调查和总结了各种ML解决不同访问控制问题的方法。我们提出了ML模型在访问控制域中应用的新分类学。我们重点介绍当前的局限性和公开挑战，例如缺乏公共现实世界数据集，基于ML的访问控制系统的管理，了解黑盒ML模型的决策等，并列举未来的研究方向。

编译器框架对于广泛使用基于FPGA的深度学习加速器来说是至关重要的。它们允许研究人员和开发人员不熟悉硬件工程，以利用域特定逻辑所获得的性能。存在传统人工神经网络的各种框架。然而，没有多大的研究努力已经进入创建针对尖刺神经网络（SNNS）进行优化的框架。这种新一代的神经网络对于在边缘设备上部署AI的越来越有趣，其具有紧密的功率和资源约束。我们的端到端框架E3NE为FPGA自动生成高效的SNN推理逻辑。基于Pytorch模型和用户参数，它应用各种优化，并评估基于峰值的加速器固有的权衡。多个水平的并行性和新出现的神经编码方案的使用导致优于先前的SNN硬件实现的效率。对于类似的型号，E3NE使用的硬件资源的少于50％，功率较低20％，同时通过幅度降低延迟。此外，可扩展性和通用性允许部署大规模的SNN模型AlexNet和VGG。

深神经网络（DNNS）在各种机器学习（ML）应用程序中取得了巨大成功，在计算机视觉，自然语言处理和虚拟现实等中提供了高质量的推理解决方案。但是，基于DNN的ML应用程序也带来计算和存储要求的增加了很多，对于具有有限的计算/存储资源，紧张的功率预算和较小形式的嵌入式系统而言，这尤其具有挑战性。挑战还来自各种特定应用的要求，包括实时响应，高通量性能和可靠的推理准确性。为了应对这些挑战，我们介绍了一系列有效的设计方法，包括有效的ML模型设计，定制的硬件加速器设计以及硬件/软件共同设计策略，以启用嵌入式系统上有效的ML应用程序。

Video, as a key driver in the global explosion of digital information, can create tremendous benefits for human society. Governments and enterprises are deploying innumerable cameras for a variety of applications, e.g., law enforcement, emergency management, traffic control, and security surveillance, all facilitated by video analytics (VA). This trend is spurred by the rapid advancement of deep learning (DL), which enables more precise models for object classification, detection, and tracking. Meanwhile, with the proliferation of Internet-connected devices, massive amounts of data are generated daily, overwhelming the cloud. Edge computing, an emerging paradigm that moves workloads and services from the network core to the network edge, has been widely recognized as a promising solution. The resulting new intersection, edge video analytics (EVA), begins to attract widespread attention. Nevertheless, only a few loosely-related surveys exist on this topic. A dedicated venue for collecting and summarizing the latest advances of EVA is highly desired by the community. Besides, the basic concepts of EVA (e.g., definition, architectures, etc.) are ambiguous and neglected by these surveys due to the rapid development of this domain. A thorough clarification is needed to facilitate a consensus on these concepts. To fill in these gaps, we conduct a comprehensive survey of the recent efforts on EVA. In this paper, we first review the fundamentals of edge computing, followed by an overview of VA. The EVA system and its enabling techniques are discussed next. In addition, we introduce prevalent frameworks and datasets to aid future researchers in the development of EVA systems. Finally, we discuss existing challenges and foresee future research directions. We believe this survey will help readers comprehend the relationship between VA and edge computing, and spark new ideas on EVA.