論文の概要: Proton Irradiation Characterization of an Open-Source ML Accelerator on a Zynq UltraScale+ MPSoC

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.05249v1
• Date: Fri, 04 Sep 2026 15:14:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-07 18:15:24.097317
• Title: Proton Irradiation Characterization of an Open-Source ML Accelerator on a Zynq UltraScale+ MPSoC
• Title（参考訳）: Zynq UltraScale+ MPSoCを用いたオープンソースのML加速器の陽子照射特性
• Abstract要約: 本研究は、Zynq UltraScale+システム上にデプロイされたオープンソースTensil NNアクセラレーターのための、システムレベルの陽子照射ベースラインを確立する。 20から58MeVの陽子照射の下では、監視された運転窓に4.29倍の1010/cm$2ドルを供給した。 このベースラインは、宇宙システムにおけるニューラルネットワーク推論のためのCOTS FPGA-SoCの将来のソフトウェア強化をサポートする、可用性損失とサイレント出力の破損を文書化している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.282117674860621
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: As spaceborne computing systems increasingly rely on neural network (NN) accelerators, the opacity of commercial, black-box architectures severely restricts the development of verifiable radiation mitigation strategies. Open-source, register-transfer level (RTL)-accessible accelerators resolve this limitation by enabling user-defined instrumentation, yet few have empirical radiation-response baselines. This work establishes a foundational system-level proton-irradiation baseline for an unmitigated open-source Tensil NN accelerator deployed on a Zynq UltraScale+ SoC executing ResNet-20 inference. Under 20 to 58 MeV proton irradiation, we delivered $4.29 \times 10^{10}$ p/cm$^{2}$ within monitored operational windows. Seven workload interruptions required two restarts of the notebook process, four reboots or board resets, and one power-cycle sequence. Two output-corruption events returned incorrect CIFAR-10 classes without loss of service. In the longer event, the accelerator returned a class absent from the ten-image CIFAR-10 pool for 39 consecutive inputs at normal cadence. The process remained alive, while the kernel log, limited memory test, and sampled power showed no anomaly. Observation of the stuck-class sequence ended with scheduled bitstream reconfiguration. All nine onsets occurred under the nominal 4 cm beam, which exposed the SoC, LPDDR4, and additional board circuitry; none occurred under the 2 cm SoC-centered field. This pattern shows a field association but does not establish LPDDR4 as the cause because field size was confounded with run order and dose. Linux-managed accelerators require end-to-end content checks and recovery that reaches the state in which corruption can persist. This baseline documents availability loss and silent output corruption, supporting future software hardening of COTS FPGA-SoCs for neural-network inference in space systems.
• Abstract（参考訳）: 宇宙搭載コンピューティングシステムは、ニューラルネットワーク(NN)アクセラレーターにますます依存しているため、商用のブラックボックスアーキテクチャの不透明さは、検証可能な放射線緩和戦略の開発を著しく制限している。 オープンソースのレジスタ転送レベル(RTL)アクセシブルアクセラレータは、ユーザ定義の計測を可能にすることでこの制限を解消するが、経験的放射応答ベースラインを持つものはほとんどない。 この研究は、Zynq UltraScale+ SoC上でResNet-20推論を実行する未緩和オープンソースTensil NNアクセラレーターのための基礎的なシステムレベルの陽子照射ベースラインを確立する。 20～58MeVの陽子照射の下では、モニターされた操作窓内に4.29ドルの10^{10}$ p/cm$^{2}$を供給した。 7つの作業負荷の中断には、ノートブックプロセスの2つの再起動、4つのリブートまたはボードリセット、1つの電力サイクルシーケンスが必要だった。 2つの出力破損イベントは、サービスを失うことなくCIFAR-10クラスを誤って返却した。 長いイベントでは、アクセラレーターは通常のケイデンスで39回のインプットのために10イメージのCIFAR-10プールから欠席したクラスを返した。 プロセスは生き残り、カーネルログ、メモリテストの制限、サンプリングされた電力は異常を示さなかった。 停止したクラスシーケンスの観測は、スケジュールされたビットストリーム再構成で終了する。 9つのオンセットは名目上の4cmのビームの下で発生し、SoC、LPDDR4および追加の基板回路が露出したが、2cmのSoC中心のフィールドでは発生しなかった。 このパターンは、フィールドの関連を示すが、フィールドサイズが実行順序と線量と合わさったため、PDDR4を原因としない。 Linux管理のアクセラレータは、破損が持続する可能性のある状態に達するまで、エンドツーエンドのコンテンツチェックとリカバリを必要とします。 このベースラインは、宇宙システムにおけるニューラルネットワーク推論のためのCOTS FPGA-SoCの将来のソフトウェア強化をサポートする、可用性損失とサイレント出力の破損を文書化している。

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