Spiking Neural Networks (SNNs) offer high energy efficiency and event-driven computation, ideal for low-power edge AI. Their hardware implementation on FPGAs, however, faces challenges due to heavy computation, large memory use, and limited flexibility. This paper proposes a compact System-on-Chip (SoC) architecture for temporal-coding SNNs, integrating a RISC-V controller with an event-driven SNN core. It replaces multipliers with bitwise operations using binarized weights, includes a spike-time sorter for active spikes, and skips noninformative events to reduce computation. The architecture runs fully on a Xilinx Artix-7 FPGA, achieving up to 16x memory reduction for weights and lowering computational overhead and latency, with 97.0% accuracy on MNIST and 88.3% on FashionMNIST. This self-contained design provides an efficient, scalable platform for real-time neuromorphic inference at the edge.


翻译:脉冲神经网络(SNN)具有高能效和事件驱动计算的特性,是低功耗边缘人工智能的理想选择。然而,其在FPGA上的硬件实现面临计算量大、内存占用高和灵活性受限等挑战。本文提出一种面向时序编码SNN的紧凑型片上系统(SoC)架构,将RISC-V控制器与事件驱动SNN核心集成。该架构采用二值化权重以位运算替代乘法操作,包含用于活跃脉冲的脉冲时间排序器,并通过跳过无信息事件来减少计算量。该架构完全在Xilinx Artix-7 FPGA上运行,可实现最高16倍的权重存储压缩,降低计算开销与延迟,在MNIST和FashionMNIST数据集上分别达到97.0%和88.3%的准确率。这种自包含设计为边缘实时神经形态推理提供了高效、可扩展的平台。

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