Detail předmětu
Evoluční a neurální hardware
EUD Ak. rok 2022/2023 letní semestr
Předmět představuje vybrané výpočetní modely a výpočetní systémy, které vznikají na průniku hardware a umělé inteligence jako reakce na neschopnost konvenčních počítačů efektivně řešit (jak z pohledu výkonnosti, tak i energetické náročnosti) některé důležité obtížné úlohy. Budou shrnuty relevantní teoretické modely, obvodové techniky a metody výpočetní inteligence inspirované v biologii. Zejména budou diskutovány tyto oblasti: evoluční návrh, vyvíjející se obvody, neuroevoluce, neurální hardware a aproximativní počítání. Předmět je doplněn ukázkou typických aplikací.
Okruhy otázek k SDZ:
- Inspirace v biologii (adaptace, samoorganizace, entropie, evoluce, učení).
- Specializovaný hardware a rekonfigurovatelná zařízení pro umělou inteligenci.
- Kartézské genetické programování.
- Problém škálovatelnosti evolučního návrhu obvodů a jeho řešení.
- Evoluční návrh analogových obvodů.
- Celulární automaty v 1D a 2D, Wolframovy třídy, sebereplikace.
- Aproximativní počítání (princip, chybové metriky, metody aproximace obvodů).
- Hluboké neuronové sítě.
- Obvodová realizace neuronových sítí.
- Neuroevoluce.
Garant předmětu
Jazyk výuky
Zakončení
Rozsah
- 26 hod. přednášky
Bodové hodnocení
- 100 bodů závěrečná zkouška
Zajišťuje ústav
Získané dovednosti, znalosti a kompetence z předmětu
Studenti budou schopni využít evoluční algoritmy pro návrh elektronických obvodů, budou schopni modelovat, simulovat a realizovat biologií inspirované výpočetní systémy, zejména evoluční a neurální hardware.
Pochopení vztahu mezi počítači (počítáním) a vybranými přírodními procesy.
Cíle předmětu
Porozumět principům vybraných biologií inspirovaných výpočetních technik a jejich využití zejména při návrhu, hardwarové implementaci a provozu výpočetních systémů.
Literatura studijní
- Floreano, D., Mattiussi, C.: Bioinspired Artificial Intelligence: Theories, Methods, and Technologies. The MIT Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-262-06271-8
- Reda S., Shafique M.: Approximate Circuits - Methodologies and CAD. Springer Nature, 2019, ISBN 978-3-319-99322-5
- Trefzer M., Tyrrell A.M.: Evolvable Hardware - From Practice to Application. Berlin: Springer Verlag, 2015, ISBN 978-3-662-44615-7
- Sekanina L., Vašíček Z., Růžička R., Bidlo M., Jaroš J., Švenda P.: Evoluční hardware: Od automatického generování patentovatelných invencí k sebemodifikujícím se strojům. Academia Praha 2009, ISBN 978-80-200-1729-1
Osnova přednášek
- Úvod a motivace.
- Výpočetní modely inspirované v biologii (zdroje inspirace, principy adaptace a samoorganizace).
- Aproximativní počítání a energetická účinnost.
- Hardware a rekonfigurovatelná zařízení pro umělou inteligenci.
- Evoluční návrh.
- Kartézské genetické programování.
- Evoluční návrh číslicových a analogových obvodů.
- Problém škálovatelnosti evolučního návrhu obvodů a jeho řešení.
- Výpočetní development, celulární automaty, L-systémy.
- Hluboké neuronové sítě a jejich hardwarová implementace.
- Aproximativní počítání v neuronových sítích.
- Neuroevoluce.
- Moderní HW/SW platformy a aplikace.
Průběžná kontrola studia
Odevzdání projektu v zadaném termínu, zkouška.
Kontrolovaná výuka
V průběhu studia je třeba odevzdat vypracovaný projekt a složit zkoušku. Výuka probíhá formou přednášek nebo řízeného samostudia; zmeškanou výuku je třeba nahradit samostudiem.
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program DIT, libovolný ročník, povinně volitelný skupina O
- Program DIT, libovolný ročník, povinně volitelný skupina O
- Program DIT-EN (anglicky), libovolný ročník, povinně volitelný skupina O
- Program DIT-EN (anglicky), libovolný ročník, povinně volitelný skupina O
- Program VTI-DR-4, obor DVI4, libovolný ročník, volitelný
- Program VTI-DR-4, obor DVI4, libovolný ročník, volitelný
- Program VTI-DR-4 (anglicky), obor DVI4, libovolný ročník, volitelný
- Program VTI-DR-4 (anglicky), obor DVI4, libovolný ročník, volitelný