Spiking Neural Networks (SNNs) have emerged as a promising approach to improve the energy efficiency of machine learning models, as they naturally implement event-driven computations while avoiding expensive multiplication operations. In this paper, we develop a hardware-software co-optimisation strategy to port software-trained deep neural networks (DNN) to reduced-precision spiking models demonstrating fast and accurate inference in a novel event-driven CMOS reconfigurable spiking inference accelerator. Experimental results show that a reduced-precision Resnet-18 and VGG-11 SNN models achieves classification accuracy within 1% of the baseline full-precision DNN model within 8 spike timesteps. We also demonstrate an FPGA prototype implementation of the spiking inference accelerator with a throughput of 38.4 giga operations per second (GOPS) consuming 1.54 Watts on PYNQ-Z2 FPGA. This corresponds to 0.6 GOPS per processing element and 2.25,GOPS/DSP slice, which is 2x and 4.5x higher utilisation efficiency respectively compared to the state-of-the-art. Our co-optimisation strategy can be employed to develop deep reduced precision SNN models and port them to resource-efficient event-driven hardware accelerators for edge applications.


翻译:脉冲神经网络(SNNs)作为一种提高机器学习模型能效的可行方案而兴起,其天然实现了事件驱动计算,同时避免了昂贵的乘法运算。本文提出一种硬件-软件协同优化策略,将软件训练的深度神经网络(DNN)转换为低精度脉冲模型,并在一种新型事件驱动CMOS可重构脉冲推理加速器中实现了快速精确的推理。实验结果表明,低精度Resnet-18和VGG-11脉冲神经网络模型在8个脉冲时间步内,其分类精度与基准全精度DNN模型的差距保持在1%以内。我们还展示了该脉冲推理加速器的FPGA原型实现,其在PYNQ-Z2 FPGA上实现了每秒384亿次操作(GOPS)的吞吐量,功耗为1.54瓦。这相当于每个处理单元0.6 GOPS以及每个DSP片2.25 GOPS的能效,相比现有最优技术分别提升了2倍和4.5倍的利用效率。我们的协同优化策略可用于开发深度低精度脉冲神经网络模型,并将其部署到面向边缘应用的高资源效率事件驱动硬件加速器中。

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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
0+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
0+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
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
最新内容
《美陆军条例:陆军指挥政策(2026版)》
专知会员服务
6+阅读 · 今天8:10
《军用自主人工智能系统的治理与安全》
专知会员服务
5+阅读 · 今天8:02
《系统簇式多域作战规划范畴论框架》
专知会员服务
8+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
4+阅读 · 4月20日
乌克兰前线的五项创新
专知会员服务
8+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
7+阅读 · 4月20日
《北约标准:医疗评估手册》174页
专知会员服务
6+阅读 · 4月20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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
0+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
0+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
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