طراحي توأمان سخت‌افزار نرم‌افزار الگوريتم خوشه‌بندي جريان‌داده StreamKM++ مبتني بر FPGA

Hardware software co-design of StreamKM++ data stream clustring using FPGA

خوشه بندي جريان داده شاخه اي از خوشه بندي است كه داده هايي با حجم بي نهايت را بايد خوشه بندي كند. به اين دليل الگوريتم هاي مناسب اين كار بايد سرعت كافي در اجراي خوشه بندي را داشته باشند. علاوه بر اين به دليل اهميت مصرف توان بايستي سعي شود كه از بستر هايي با مصرف توان كم جهت اجراي اين الگوريتم ها استفاده شود. در اين مقاله با استفاده از FPGA بصورت طراحي توامان سخت افزار نرم افزار الگوريتم خوشه بندي جريان داده StreamKM پياده سازي شده است. در پياده سازي صورت گرفته از قدرت FPGA در اجراي موازي محاسبات با حجم بالا استفاده شده است كه سرعت اجراي الگوريتم به طور متوسط به 5.70 برابر رسيده است. ديگر شاخصه استفاده از FPGA كم بودن ميزان مصرف توان است. كه در اين پياده سازي ميزان مصرف توان يا به عبارتي انرژي مصرفي اجراي الگوريتم به طور متوسط 8.22 برابر كمتر از اجراي الگوريتم توسط نرم افزار بر روي كامپيوتر شده است.

Clustering stream data is one of the big challenges in domain of mining stream data. Algorithms in this era should be fast enough to cluster data in online manner. Although, in some applications like sensor networks these clustering methods should be done in low power. One of the state of the art methods for clustering stream data is StreamKM that has shown a good performance in experimental results. In this paper we have devised a hardware-software co-designed version of streamKM using FPGA. Our method uses both FPGA parallelization and low power capabilities. In experiments proposed method has shown a speedup of 5.7 comparing with CPU-based implementation of streamKM. Besides, our FPGA based implementation consumed in average 8.22 times less power than CPU based implementation.