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强化学习在FPGA与集成电路平台上的硬件加速与系统级优化:综述

文章摘要

这篇综述由Hamza Kheddar撰写,系统梳理了100多项关于在FPGA和集成电路平台上实现强化学习的研究,按强化学习家族、抽象层次、硬件实现策略和应用领域进行分类,并比较资源占用、延迟、吞吐量、功耗与性能增益,同时指出反复出现的架构模式、实践局限与开放挑战。

来源arXiv Machine Learning作者: Hamza Kheddar
强化学习在FPGA与集成电路平台上的硬件加速与系统级优化:综述
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arXiv 于 2026 年 10 月 20 日(周二)11:15:34 UTC 收录了 Hamza Kheddar 提交的综述论文《Reinforcement learning for hardware acceleration and system-level optimization on FPGA and integrated-circuit platforms: A survey》(面向 FPGA 与集成电路平台的硬件加速及系统级优化的强化学习:综述),稿件编号 arXiv:2610.28699,分类为 cs.LG(主分类),同时交叉归档至 cs.AI、cs.AR、cs.PF、cs.RO 与 eess.SY。该文已被《Journal of Systems Architecture》接收,期刊版本 DOI 为 10.1016/j.sysarc.2026.103874;arXiv 版本 DOI 为 10.48550/arXiv.2610.28699,由 DataCite 签发但登记状态为 pending。作者为 Hamza Kheddar,第一版文件大小约 1,201 KB,提供 PDF、实验性 HTML 与 TeX 源码等全文链接,以及音频摘要。

论文的研究动机在于:强化学习(RL)使嵌入式、边缘与异构计算系统具备自适应和自主决策能力;而现场可编程门阵列(FPGA)与集成电路(IC)在 RL 部署方面具备低延迟、能效高、架构灵活等优势,但同时也带来资源受限、实现复杂、硬件与算法协同设计等难题。作者指出,现有综述往往局限于特定算法或特定平台,因此本文尝试给出 FPGA 与 IC 实现的统一分析视角。

在覆盖范围上,本综述梳理了 100 余项关于 RL 在 FPGA 与 IC 平台上实现的研究,重点关注体系结构、实现策略、性能评估与应用场景。文献按 RL 家族组织,包括基于模型的马尔可夫决策过程、经典的值函数方法、深度强化学习、演员—评论家(actor-critic)、策略梯度以及多智能体方法。作者进一步按抽象层次、硬件实现策略与应用领域对研究进行分类,考察 RL 算法如何映射到可重构硬件与固定硬件之上。统一分析涵盖加速、可重构架构、能效感知控制与系统级优化。

在性能比较方面,综述对资源占用、延迟、吞吐量、功耗以及文献报告的性能增益等方面进行评估。最后,作者归纳出反复出现的体系结构模式、实践中的局限、尚未解决的挑战,以及面向高效 RL 驱动硬件系统的研究方向;并强调该综述可作为在专用硬件上开发与评估 RL 方案的研究人员的整合性参考。需要注意的是,以上内容均来自论文摘要与元数据,具体对比数据与结论需查阅全文。

展开要点与分析

文章情报

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要点

  • 综述覆盖100多项FPGA与集成电路平台上的强化学习实现研究。
  • 按强化学习家族、抽象层次、硬件实现策略和应用领域对文献进行分类。
  • 比较评估涵盖资源利用率、延迟、吞吐量、功耗和已报告的性能增益。
  • 总结反复出现的架构模式、实践限制、开放挑战和未来研究方向。

要点与分析由自动化流程生成,可能有误,请结合原始来源核实。