Mejorando la Transformada Rápida de Fourier para Aplicaciones de Computación Espacial y en el Borde con un Método Eficiente en el Lugar
Autores: Vasilakis, Christoforos; Tsagkaropoulos, Alexandros; Koutoulas, Ioannis; Reisis, Dionysios
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Mejorando la Transformada Rápida de Fourier para Aplicaciones de Computación Espacial y en el Borde con un Método Eficiente en el Lugar
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Software
Palabras clave
Satélite
Computación en el borde
Algoritmos
Transformada Rápida de Fourier
FFT radix-2
Utilización de recursos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 36
Citaciones: Sin citaciones
Los diseñadores de computación satelital y en el borde desarrollan algoritmos que restringen la utilización de recursos y el tiempo de ejecución. Entre estos esfuerzos de diseño, la optimización de la Transformada Rápida de Fourier (FFT), clave para muchas tareas, ha llevado principalmente a aceleradores de hardware específicos para FFT en el lugar. Con el objetivo de mejorar el rendimiento de la FFT en procesadores y dispositivos de computación con recursos limitados, el presente documento mejora la eficiencia de la FFT radix-2 al explorar los beneficios de una técnica en el lugar. Primero, presentamos las ventajas de organizar el único banco de memoria de los procesadores para almacenar dos (2) elementos de FFT en cada dirección de memoria y proporcionar carga y almacenamiento paralelos de cada par de datos de FFT. En segundo lugar, optimizamos las configuraciones de punto flotante (FP) y punto flotante en bloque (BFP) para mejorar el rendimiento de la relación señal-ruido (SNR) de la FFT y la utilización de recursos. Las técnicas resultantes reducen los requisitos de memoria a la mitad y mejoran significativamente el rendimiento temporal de la representación BFP predominante. La ejecución de entradas que van desde 1K hasta 16K puntos de FFT, utilizando números de 8 bits o 16 bits como FP o BFP, en el Atmel AVR32 y la Unidad de Procesamiento de Visión (VPU) Intel Movidius Myriad 2, el dispositivo de borde Raspberry Pi Zero 2W y un acelerador de bajo costo en el Xilinx Zynq 7000 Field Programmable Gate Array (FPGA), valida la mejora en el rendimiento del método.
Descripción
Los diseñadores de computación satelital y en el borde desarrollan algoritmos que restringen la utilización de recursos y el tiempo de ejecución. Entre estos esfuerzos de diseño, la optimización de la Transformada Rápida de Fourier (FFT), clave para muchas tareas, ha llevado principalmente a aceleradores de hardware específicos para FFT en el lugar. Con el objetivo de mejorar el rendimiento de la FFT en procesadores y dispositivos de computación con recursos limitados, el presente documento mejora la eficiencia de la FFT radix-2 al explorar los beneficios de una técnica en el lugar. Primero, presentamos las ventajas de organizar el único banco de memoria de los procesadores para almacenar dos (2) elementos de FFT en cada dirección de memoria y proporcionar carga y almacenamiento paralelos de cada par de datos de FFT. En segundo lugar, optimizamos las configuraciones de punto flotante (FP) y punto flotante en bloque (BFP) para mejorar el rendimiento de la relación señal-ruido (SNR) de la FFT y la utilización de recursos. Las técnicas resultantes reducen los requisitos de memoria a la mitad y mejoran significativamente el rendimiento temporal de la representación BFP predominante. La ejecución de entradas que van desde 1K hasta 16K puntos de FFT, utilizando números de 8 bits o 16 bits como FP o BFP, en el Atmel AVR32 y la Unidad de Procesamiento de Visión (VPU) Intel Movidius Myriad 2, el dispositivo de borde Raspberry Pi Zero 2W y un acelerador de bajo costo en el Xilinx Zynq 7000 Field Programmable Gate Array (FPGA), valida la mejora en el rendimiento del método.