NeRF-Navi：一种能效高的NeRF 3D路径规划处理器，具备可重构的近似/精确位卸载核心

《IEEE Journal of Solid-State Circuits》：NeRF-Navi: An Energy-Efficient NeRF 3-D Path Planning Processor With Reconfigurable Approximate/Accurate Bit Offloading Core

3D路径规划处理器NeRF-Navi通过双注意力采样引擎降低冗余计算96.2%，近似准确核心与位稀疏优化技术节省26.2%能耗，异常通道位卸载模块再降36%，最终实现28nm工艺下6.48mm2芯片，能耗较前代降低1.2-8.8倍且EDP优化1.7-124倍。

　　

摘要：

隐式神经表示（INR）通过神经网络连续编码三维空间。神经辐射场（NeRF）作为一种INR，实现了98.6%的高路径规划成功率。它利用了NeRF的连续空间表示能力。然而，在边缘设备上加速NeRF路径规划会因计算负荷过大而受到限制。在本文中，我们提出了NeRF-Navi，这是一种精确且节能的三维NeRF路径规划处理器，具有三个关键特性：1) 双注意力神经路径采样（DANPS）引擎使用地图和碰撞注意力来减少冗余批处理的数量，从而节省了96.2%的系统能量；2) 近似精确（A2）核心结合误差补偿缩减树（ECRT），引入了三种近似计算模式，精度损失小于1.6%；位稀疏性增强逻辑（BSBL）提高了位稀疏性并减少了ECRT的补偿开销；A2核心和BSBL使总系统能量降低了26.2%；3) 异常通道位卸载核心和位分配器（BA）能够卸载异常通道中的稀疏最高有效位（MSB），使总系统能量降低了36%。NeRF-Navi采用28纳米逻辑CMOS工艺制造，芯片面积为6.48平方毫米。与之前的三维路径规划处理器相比，NeRF-Navi每任务的路径规划能量降低了1.2至8.8倍，EDP（每任务能耗）降低了1.7至124倍。

引言

机器人的自主路径规划能力为人类生活和工作带来了便利。例如，如图1所示，家用机器人可以自主导航将食物送到顾客手中，而无需餐厅服务员。此外，无人机可以在灾区上空飞行，并自动绘制三维路线以协助救援人员。二维路径规划意味着在给定二维起点和终点的情况下，提取一条快速且无碰撞的二维路径。然而，我们的周围环境并非二维空间，而是三维空间。因此，为了在真实的三维环境中确定高效安全的路径，需要进行三维路径规划。如图1所示，当在电池受限的边缘设备（如机器人）上实现路径规划时，需要以低能耗运行。图1。

边缘设备上需要三维路径规划处理器的必要性。