The modern implementation of machine learning architectures faces significant challenges due to frequent data transfer between memory and processing units. In-memory computing, primarily through memristor-based analog computing, offers a promising solution to overcome this von Neumann bottleneck. In this technology, data processing and storage are located inside the memory. Here, we introduce a novel approach that utilizes floating-gate Y-Flash memristive devices manufactured with a standard 180 nm CMOS process. These devices offer attractive features, including analog tunability and moderate device-to-device variation; such characteristics are essential for reliable decision-making in ML applications. This paper uses a new machine learning algorithm, the Tsetlin Machine (TM), for in-memory processing architecture. The TM's learning element, Automaton, is mapped into a single Y-Flash cell, where the Automaton's range is transferred into the Y-Flash's conductance scope. Through comprehensive simulations, the proposed hardware implementation of the learning automata, particularly for Tsetlin machines, has demonstrated enhanced scalability and on-edge learning capabilities.


翻译:现代机器学习架构的实现因内存与处理单元之间频繁的数据传输而面临重大挑战。存内计算,主要通过基于忆阻器的模拟计算,为克服这一冯·诺依曼瓶颈提供了一种前景广阔的解决方案。在该技术中,数据处理与存储均位于内存内部。本文介绍了一种新颖方法,该方法利用采用标准180纳米CMOS工艺制造的浮栅Y-Flash忆阻器件。这些器件具备模拟可调性和适度的器件间差异等吸引人的特性;此类特性对于机器学习应用中可靠的决策至关重要。本文采用一种新的机器学习算法——Tsetlin Machine(TM),用于构建存内处理架构。TM的学习元件——自动机,被映射到单个Y-Flash单元中,其中自动机的状态范围被转换为Y-Flash的电导范围。通过全面仿真,所提出的学习自动机硬件实现(特别是针对Tsetlin机)已展现出增强的可扩展性和边缘学习能力。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
13+阅读 · 2022年10月20日
A Survey on Data Augmentation for Text Classification
A Comprehensive Survey on Graph Neural Networks
Arxiv
21+阅读 · 2019年1月3日
VIP会员
最新内容
《系统簇式多域作战规划范畴论框架》
专知会员服务
4+阅读 · 4月20日
高效视频扩散模型:进展与挑战
专知会员服务
2+阅读 · 4月20日
乌克兰前线的五项创新
专知会员服务
7+阅读 · 4月20日
 军事通信系统与设备的技术演进综述
专知会员服务
5+阅读 · 4月20日
《北约标准:医疗评估手册》174页
专知会员服务
5+阅读 · 4月20日
《提升生成模型的安全性与保障》博士论文
专知会员服务
5+阅读 · 4月20日
美国当前高超音速导弹发展概述
专知会员服务
4+阅读 · 4月19日
无人机蜂群建模与仿真方法
专知会员服务
14+阅读 · 4月19日
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员