Proposta de implementação paralela de algoritmo genético em FPGA

74 Pages·2017·2.09 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E
UNIVERSIDADEFEDERALDO RIO GRANDE DO NORTE DE COMPUTAÇÃO
Proposta de implementação paralela de
algoritmo genético em FPGA
Matheus Fernandes Torquato
Orientador: Prof. Dr. MarceloAugustoCostaFernandes
Dissertação de Mestrado apresentada ao
Programa de Pós-Graduação em Engenharia
ElétricaedeComputaçãodaUFRN(Áreade
concentração: Engenharia de Computação)
como parte dos requisitos para obtenção do
títulodeMestreemCiências.
Número de Ordem do PPgEEC: M507
Natal, RN, Dezembro de 2017
UniversidadeFederaldoRioGrandedoNorte-UFRN
DivisãodeServiçosTécnicos
Catalogaçãodapublicaçãonafonte. UFRN/BibliotecaCentralZilaMamede
Torquato,MatheusFernandes.
Proposta de implementação paralela de algoritmo genético em FPGA /
MatheusFernandesTorquato. -2017.
74f.: il.
Dissertação(mestrado)-UniversidadeFederaldoRioGrandedoNorte. Cen-
tro de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e de
Computação.
Orientador: MarceloAugustoCostaFernandes
1. FPGA - Dissertação. 2. Hardware reconfigurável - Dissertação. 3. Al-
goritmo genético - Dissertação. 4. Processamento paralelo - Dissertação. 5.
Inteligência artificial - Dissertação. I. Fernandes, Marcelo Augusto Costa. II.
Título.
RN/UF/BCZM CDU004
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Aos meus pais pelo suporte
incondicional aos meus estudos não
somente durante a realização desse
trabalho, mas durante toda a minha
vida.
À minha avó Iza (In memoriam)

Agradecimentos
Emprimeirolugareacimadetudo,aosmeuspaisBoanergeseRinalda,meueternoagra-
decimento;Nãocabemempalavrasosagradecimentosaosmeusespelhosdehonestidade,
caráterenumerososoutrosadjetivospositivos;
AosmeusirmãosDiogoeMariana,porseremumespelhodesucessoprofissional;
Ao meu orientadaor, Professor Dr. Marcelo Augusto Costa Fernandes a quem tenho pro-
funda admiração como profissional e pessoa, agradeço pela orientação, paciência, incen-
tivoeensinamentosdeengenhariaedevida;
Aos colegas e amigos, agradeço pela companhia nessa jornada. Não citarei nomes para
nãocorreroriscodepecaresquecendoalguém,porémnadasefazsemamigosaoredor;
À minha companheira Alice, pelo amor, carinho, afeto e suporte emocional. Obrigado
portornarosmeusdiasmelhores. Oárduocaminhoaoseuladoparecemaisfácil;
ÀinstituiçãoUFRN,pelocorpodocentedequalidadeepelopadrãodeensino;
ÀCAPES,peloapoiofinanceiro.

Resumo
Os Algoritmos Genéticos (AGs) são utilizados para resolver problemas de busca e
otimização no qual, uma solução ótima pode ser encontrada utilizando um processo ite-
rativo e transições probabilísticas. Todavia, dependendo do tipo de problema, o tempo
para encontrar a solução pode ser elevado em máquinas sequenciais devido à complexi-
dade computacional do algoritmo genético. Assim, esse trabalho possui como objetivo
o desenvolvimento de um protótipo associado a uma implementação paralela de um al-
goritmo genético em FPGA (Field-programmable gate array). O principal objetivo do
desenvolvimento dessa arquitetura é a otimização do tempo de processamento do sis-
tema. Resultadosassociadoscomotempodeprocessamentoeaáreaocupadaparavários
tamanhos de população foram analisados. Estudos relativos à precisão da resposta do
algoritmo genético para o problema de otimização de funções com uma e duas variáveis
tambémforamanalisadosparaaimplementaçãoemhardware. Todoprojetofoidesenvol-
vidoutilizandoaplataformadedesenvolvimentoSystemGeneratordaXilinxtendocomo
FPGAalvoumVirtex-7xc7vx550t-1ffg1158FPGA.
Palavras-chave: FPGA,Hardware,AlgoritmoGenético,ProcessamentoParalelo.