In analog neuromorphic chips, designers can embed computing primitives in the intrinsic physical properties of devices and circuits, heavily reducing device count and energy consumption, and enabling high parallelism, because all devices are computing simultaneously. Neural network parameters can be stored in local analog non-volatile memories (NVMs), saving the energy required to move data between memory and logic. However, the main drawback of analog sub-threshold electronic circuits is their dramatic temperature sensitivity. In this paper, we demonstrate that a temperature compensation mechanism can be devised to solve this problem. We have designed and fabricated a chip implementing a two-layer analog neural network trained to classify low-resolution images of handwritten digits with a low-cost single-poly complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) process, using unconventional analog NVMs for weight storage. We demonstrate a temperature-resilient analog neuromorphic chip for image recognition operating between 10$^{\circ}$C and 60$^{\circ}$C without loss of classification accuracy, within 2\% of the corresponding software-based neural network in the whole temperature range.


翻译:在模拟神经形态芯片中,设计者可将计算原语嵌入器件与电路的固有物理特性中,从而大幅减少器件数量并降低能耗,同时实现高度并行性,因为所有器件均同步执行计算。神经网络参数可存储于本地模拟非易失性存储器中,从而节省了数据在存储与逻辑单元间传输所需的能量。然而,模拟亚阈值电子电路的主要缺陷在于其显著的温度敏感性。本文论证了可通过设计温度补偿机制解决该问题。我们设计并制造了一款芯片,该芯片采用低成本单层多晶硅互补金属氧化物半导体工艺实现了一个双层模拟神经网络,该网络使用非常规模拟非易失性存储器存储权重,并训练用于对手写数字低分辨率图像进行分类。我们展示了一款用于图像识别的温度鲁棒性模拟神经形态芯片,其在10$^{\circ}$C至60$^{\circ}$C温度区间内运行时分类精度无损失,且在整个温度范围内与对应软件神经网络的性能差异保持在2%以内。

0
下载
关闭预览

相关内容

神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
163+阅读 · 2019年10月12日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
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
2+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
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
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
2+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员