Для авторов
Найти
Результаты поиска
Найдено результатов: 7.
-
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КВАНТОВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ ДЛЯ БОРТОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
Н.А. Бочаров , Н.Б. Парамонов229-2392025-12-30Аннотация ▼Современные робототехнические комплексы решают всё более сложные задачи, что предъявляет повышенные требования к быстродействию и эффективности бортовых вычислительных систем. Традиционные методы наращивания производительности (масштабирование аппаратуры, параллельные вычисления и др.) уже приближаются к своим пределам, поэтому возникает необходимость поиска принципиально новых подходов. Квантовые вычисления рассматриваются как перспективное направление, способное значительно превзойти классические вычислительные мощности в ряде задач. В этой связи целью данного исследования является изучение применимости квантовых вычислений для бортовых вычислительных систем робототехнических комплексов (РТК). Для достижения поставленной цели проведён всесторонний анализ требований (производительность, энергопотребление, массогабаритные показатели, надёжность и др.), предъявляемых к бортовым вычислительным системам РТК. Оценён потенциал квантовых алгоритмов в решении типовых задач робототехники, в том числе оптимизационных задач и задач машинного обучения, и проведено их имитационное моделирование с последующим сравнением результатов с классическими методами. Кроме того, рассмотрены текущие ограничения современных квантовых компьютеров (например, ограниченное число кубитов и проблемы декогеренции) и на основе тенденций развития технологий сделан прогноз их совершенствования в ближайшие годы. Проведённое исследование подтверждает перспективность применения квантовых вычислений для решения задач оптимизации и машинного обучения, которые являются ключевыми для интеллектуальных РТК. Однако текущие технологические ограничения (габариты, требования к условиям работы и нестабильность квантовых процессоров) пока не позволяют использовать квантовые компьютеры непосредственно на борту. Тем не менее, предложены направления дальнейших исследований и рассмотрены возможные сценарии постепенного внедрения квантовых вычислений в архитектуру РТК в ближайшие 5–15 лет, например, по мере миниатюризации квантовых процессоров и развития методов их интеграции в бортовые системы. Таким образом, по мере устранения существующих барьеров квантовые вычислители могут со временем стать неотъемлемой частью бортовых систем управления РТК, обеспечивая качественный скачок в их производительности.
-
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ МИКРОПРОЦЕССОРА ЭЛЬБРУС-8СВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕНИЙ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ
Н.А. Бочаров , А.Г. Зуев , О. А. Славин2021-04-04Аннотация ▼Исследования в области создания специализированных вычислительных комплексов для
роботов ведутся во многих мировых научных центрах и в том числе в нашей стране. Развитие
возможностей сенсорных систем, систем глобальной навигации, рост вычислительной мощ-
ности и совершенствование алгоритмов позволяют создавать бортовые вычислительные
комплексы, обладающие широкими интеллектуальными возможностями. Важной, но нере-
шенной проблемой остается оснащение таких вычислительных комплексов микропроцессора-
ми отечественного производства. Появление отечественных вычислительных и программных
средств нового поколения, таких как микропроцессор «Эльбрус-8СВ» и ОС «Эльбрус» откры-
вает новые возможности для разработчиков робототехнических комплексов. Пиковая произ-
водительность микропроцессора «Эльбрус-8СВ» составляет более 0,25 ТФлопс двойной точ-
ности, что позволяет решать вычислительно сложные задачи, например задачи технического
зрения, на микропроцессоре. Другим важным требованием бортовой вычислительной техни-
ки, помимо вычислительной мощности, является низкое энергопотребление. Как правило, на
микропроцессорах общего назначения высокая вычислительная мощность невозможна при
низком энергопотреблении, и для решения вычислительно сложных задач технического зрения
используются специализированные процессоры, например, векторные или нейропроцессоры.
Для снижения энергопотребления микропроцессоров общего назначения существуют специ-
альные методы, среди которых авторами были рассмотрены: отключение физических ядер,
снижение тактовой частоты, отключение конвейера, отключение синхроимпульсов в состоя-
нии простоя. Авторами рассмотрены типовые задачи технического зрения, решаемые борто-
выми вычислительными комплексами. Проведены экспериментальные исследования по оценке
энергопотребления и времени выполнения алгоритмов технического зрения при снижении
тактовой частоты и отключения ядер микропроцессора. Эксперименты показали возмож-
ность снижения энергопотребления ядер микропроцессора Эльбрус-8СВ на 36-46% с увеличе-
нием времени выполнения программ. По результатам эксперимента сделаны выводы о приме-
нимости микропроцессора Эльбрус-8СВ для создания перспективных бортовых вычислитель-
ных комплексов, имеющих возможность работы как в режиме высокой производительности,
так и пониженного энергопотребления. Полученные авторами результаты говорят о пер-
спективах импортозамещения в области робототехники. -
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МОДУЛИ COM-EXPRESS НА БАЗЕ МИКРОПРОЦЕССОРОВ ЭЛЬБРУС ДЛЯ БОРТОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Н.А. Бочаров , А.В. Глухов , Н. Б. Парамонов2022-04-21Аннотация ▼Исследования в области создания специализированных вычислительных комплексов
для роботов ведутся во многих мировых научных центрах и в том числе в нашей стране.
Развитие возможностей сенсорных систем, систем глобальной навигации, рост вычисли-
тельной мощности и совершенствование алгоритмов позволяют создавать бортовые вы-
числительные комплексы, обладающие широкими интеллектуальными возможностями.
Важной, но нерешенной проблемой остается оснащение таких вычислительных комплек-
сов микропроцессорами отечественного производства. Необходимость учета предельных
массогабаритных характеристик, требований к системе охлаждения вычислительного
комплекса, требований к бортовой электросети и потребляемой мощности, требований к
производительности и к внешним интерфейсам обуславливают сложность и дороговизну
разработки бортовых вычислительных комплексов. Отсутствие унификации вычисли-
тельных модулей при разработке создает дополнительные сложности для разработчиков
робототехнических комплексов, повышает конечную стоимость робототехнических ком-
плексов и усложняет его модернизацию. Использование стандартизированного форм-
фактора типа COM-Express позволяет разделить бортовой вычислительный комплекс на
универсальную высокотехнологическую системную часть и плату-носитель. Микропроцес-
сор, контроллер периферийных интерфейсов, оперативная память и жесткий диск разме-
щаются на системном модуле, который выпускается большим тиражом и может быть
заменен на более новый при появлении новых поколений отечественной вычислительной
техники. Плата-носитель в свою очередь проста в разработке и дешева в производстве, а
по своим характеристикам может быть скомпонована для конкретного робототехниче-
ского комплекса. В данной статье рассмотрены вычислительные модули в формате COMExpress
на базе отечественных микропроцессоров Эльбрус. Показана их применимость для
создания перспективных бортовых вычислительных комплексов. Полученные авторами
результаты говорят о перспективах импортозамещения в области робототехники. -
ИССЛЕДОВАНИЕ ОГРАНИЧЕНИЙ ПРИМЕНИМОСТИ МИКРОПРОЦЕССОРОВ РЯДА ЭЛЬБРУС ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ
К. А. Суминов , Н. А. Бочаров2022-04-21Аннотация ▼Одним из ключевых направлений развития области искусственного интеллекта явля-
ется направление технического зрения. Для ресурсоемких задач технического зрения соз-
даются высокопроизводительные вычислительные комплексы (ВК), использующие специа-
лизированные ускорители. Использование таких ускорителей обусловлено неспособностью
микропроцессоров (МП) общего назначения решить такие задачи за поставленное время
вследствие большой вычислительной нагрузки. Однако, в настоящее время, МП ряда Эль-
брус успешно используются для решения задач технического зрения как в серверном, так и
в бортовом режимах, а появление МП Эльбрус шестого поколения должно еще больше
повысить производительность на таких задачах. В силу дороговизны, большей сложности
и ограничений в использовании систем со специализированными ускорителями встает во-
прос об определении условий, в которых для решения рассматриваемых задач достаточно
использовать МП общего назначения, например из ряда Эльбрус, без специальных ускори-
телей. Одними из самых ресурсоемких задач в области технического зрения являются за-
дачи обнаружения и классификации объектов на изображении. Для обнаружения объектов
одним из популярных методов является метод Виолы-Джонса. Для решения задачи клас-
сификации как правило используются сверточные нейронные сети. На примере сетей
VGG16 и VGG19 разработаны математические модели вычислений применительно к ак-
туальным микропроцессорам ряда Эльбрус. С использованием разработанных моделей
обоснована теоретическая достаточность производительность микропроцессоров Эль-
брус для задач технического зрения. Также, на основе данных методов разработаны про-
граммы моделирования поиска и объектов на фото и в видеопотоке. Программы написаны
на языке C++ с использованием библиотеки OpenCV, ОПО Эльбрус, библиотеки Платфор-
мы-ГНС и базы данных соревнований ImageNet. С использованием реализованных программ
было проведено сравнительное тестирование на ряде ВК с процессорами Эльбрус, а также
ВК с процессорами intel и ускорителем в виде видеокарты Nvidia. На основе полученных
результатов показано, что для решения задачи поиска объектов на изображении выбран-
ным методом достаточно МП Эльбрус-8С для входных разрешений до 1920 х 1080, где
обеспечивается скорость обработки видеопотока более 20 кадров в секунду. -
ОЦЕНКА АППАРАТНОГО СОСТАВА БОРТОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ РЕШАЕМЫХ ЗАДАЧ
K. А. Суминов , Н. А. Бочаров, М. А. Кирилюк2025-04-27Аннотация ▼При создании современных робототехнических комплексов (РТК) наблюдается значитель-
ное разнообразие как аппаратных, так и программных решений, что создаёт дополнительные
сложности при подборе рационального аппаратного и программного состава для обеспечения
требуемой вычислительной мощности и эффективного решения поставленных задач. С одной
стороны, зачастую приходится работать с уже установленным набором вычислительных ком-
плексов (ВК), составляющих бортовую вычислительную систему (БВС) РТК, что существенно
ограничивает возможности изменения программного состава и вынуждает адаптировать алго-
ритмы под фиксированные аппаратные ресурсы. С другой стороны, при наличии возможности
изменения или создания нового аппаратного состава возникает задача выбора такой аппаратной
компоновки, которая сможет удовлетворить вычислительным потребностям решаемых задач.
В данной статье предлагается методика оценки аппаратного состава БВС РТК на основе ре-
шаемых задач, опирающаяся на использование многоверсионного программирования и построение
паспортов решений. Каждый из вариантов программных решений для конкретной задачи допол-
няется в виде структурированного паспорта, содержащего как количественные, так и качест-
венные характеристики, что позволяет проводить их детальный сравнительный анализ. На осно-
ве этих паспортов решений разрабатывается математическая модель, позволяющая подобрать
набор вычислителей, способных обеспечить выполнение всех поставленных задач при одновремен-
ной минимизации суммарной стоимости, энергопотребления или других эксплуатационных харак-
теристик БВС. Математически рассматриваемая задача сводится к обобщённой задаче о муль-
типликативном многомерном рюкзаке с мультивыбором и дополнительными ограничениями, что
позволяет учитывать как ресурсные, так и топологические зависимости между решаемыми за-
дачами. Приведены результаты экспериментов, выполненных с использованием разработанного
экспериментального стенда, которые демонстрируют практическую применимость методики и
подтверждают возможность её использования для получения количественных оценок вариантов
аппаратного состава БВС РТК. Данный подход может быть адаптирован для различных типов
РТК, что позволяет использовать его в смежных исследованиях в области оптимизации вычисли-
тельных систем для робототехнических комплексов -
ЖИВУЧЕСТЬ БОРТОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НАЗЕМНЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
Н.А. Бочаров , И.Н. Бычков , П.В. Коренев , Н. Б. Парамонов2024-04-16Аннотация ▼Исследования в области создания специализированных вычислительных комплексов для
робототехнических комплексов (РТК) ведутся во многих мировых научных центрах и в том
числе в нашей стране. Развитие возможностей сенсорных систем, систем глобальной навигации, рост вычислительной мощности и совершенствование алгоритмов позволяют созда-
вать бортовые вычислительные комплексы, обладающие широкими интеллектуальными
возможностями. Важной, но нерешенной проблемой остается оснащение таких вычисли-
тельных комплексов микропроцессорами отечественного производства. Актуальным направ-
лением развития перспективных систем управления PTK является разработка производи-
тельных бортовых вычислительных систем (БВС), обладающих свойством живучести. Су-
щественным, но нерешенным вопросом остается оснащение таких БВС средствами вычис-
лительной техники отечественной разработки. Появление современных отечественных мик-
ропроцессоров Эльбрус-2С3 и Эльбрус-8СВ открывает новые возможности перед разработ-
чиками РТК. Появление таких аппаратных технологий, как сторожевой таймер и модуль
привязки времени, позволяет создавать БВС, обладающие высокой живучестью в условиях
боевых действий. Для РТК специального назначения, можно разделить период нормальной
эксплуатации робота на сегменты по аналогии со степенями боевой готовности вооружен-
ных сил, для каждого из которых РТК будет работать в специальном режиме. Режимы
характеризуются согласно сложившейся обстановке и соответствующим потоком отказов.
В работе представлена модель угроз для самого жесткого из режимов работы. В данной
работе представлен метод обеспечения живучести БВС РТК за счет использования адап-
тивного резервирования. Метод заключается в переключении между схемами резервирования
для обеспечения высокой производительности при сохранении достаточной надежности в
зависимости от текущего уровня потока отказов. С использованием разработанной авто-
рами модели проведено экспериментальное исследование по оценке эффективности разрабо-
танного метода при работе на отечественном БВС на базе микропроцессора «Эльбрус».
Использование разработанного метода позволило увеличить среднюю функциональность
РТК на 23-43% по сравнению с режимом с постоянным резервированием. -
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДХОДОВ К УНИФИКАЦИИ БОРТОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Н. А. Бочаров2023-04-10Аннотация ▼Исследования в области создания специализированных вычислительных комплексов
для роботов ведутся во многих мировых научных центрах и в том числе в нашей стране.
Развитие возможностей сенсорных систем, систем глобальной навигации, рост вычи с-
лительной мощности и совершенствование алгоритмов позволяют создавать бортовые
вычислительные комплексы, обладающие широкими интеллектуальными возможност я-
ми. Важной, но нерешенной проблемой остается оснащение таких вычислительных ко м-
плексов микропроцессорами отечественного производства. Одной из сложностей, пр е-
пятствующей широкому внедрению отечественных средств вычислительной техники
является проблема унификации и стандартизации составных бортовых частей вычи с-
лителей. Унификация модулей бортовых вычислителей позволила бы открыть новые
возможности разработчикам робототехнических комплексов за счет снижения цены и
упрощения разработки и модернизации. В данной статье рассмотрены подходы к уни-
фикации и стандартизации элементов бортовых вычислителей, описан опыт развития
стандартов ANSI/VITA в области бортовых вычислителей, а также приведены примеры
вычислительных модулей в унифицированном формате COM-Express на базе микропро-
цессоров Эльбрус для бортовых вычислителей РТК. Проведены эксперименты с исполь-
зованием унифицированных вычислительных модулей на базе микропроцессор ов Эльбрус-
2С3, Эльбрус-1С+ и Эльбрус-4С. Показана их применимость для создания бортовых вы-
числительных комплексов. Показана необходимость разработки отечественного ста н-
дарта для корпусов и форм-факторов бортовых вычислителей.
1 - 7 из 7 результатов
