Emerging non-volatile memory (NVM)-based Computing-in-Memory (CiM) architectures show substantial promise in accelerating deep neural networks (DNNs) due to their exceptional energy efficiency. However, NVM devices are prone to device variations. Consequently, the actual DNN weights mapped to NVM devices can differ considerably from their targeted values, inducing significant performance degradation. Many existing solutions aim to optimize average performance amidst device variations, which is a suitable strategy for general-purpose conditions. However, the worst-case performance that is crucial for safety-critical applications is largely overlooked in current research. In this study, we define the problem of pinpointing the worst-case performance of CiM DNN accelerators affected by device variations. Additionally, we introduce a strategy to identify a specific pattern of the device value deviations in the complex, high-dimensional value deviation space, responsible for this worst-case outcome. Our findings reveal that even subtle device variations can precipitate a dramatic decline in DNN accuracy, posing risks for CiM-based platforms in supporting safety-critical applications. Notably, we observe that prevailing techniques to bolster average DNN performance in CiM accelerators fall short in enhancing worst-case scenarios. In light of this issue, we propose a novel worst-case-aware training technique named A-TRICE that efficiently combines adversarial training and noise-injection training with right-censored Gaussian noise to improve the DNN accuracy in the worst-case scenarios. Our experimental results demonstrate that A-TRICE improves the worst-case accuracy under device variations by up to 33%.


翻译:新兴的基于非易失性存储器(NVM)的存内计算(CiM)架构因其卓越的能效优势,在加速深度神经网络(DNN)方面展现出巨大潜力。然而,NVM器件易受器件偏差的影响,导致映射到NVM器件上的实际DNN权重与目标值产生显著差异,从而引发严重的性能退化。现有许多解决方案旨在优化器件偏差下的平均性能,这适用于通用场景。然而,对于安全关键系统至关重要的最坏情况性能在当前研究中被严重忽视。本研究定义了受器件偏差影响的CiM DNN加速器最坏情况性能的定位问题,并提出了一种策略,用于在复杂的高维度值偏差空间中识别导致该最坏情况结果的特定器件值偏差模式。研究结果表明,即使是微小的器件偏差也可能导致DNN精度急剧下降,对CiM平台支持安全关键应用构成风险。值得注意的是,我们观察到现有提升CiM加速器中平均DNN性能的技术在增强最坏情况性能方面效果有限。针对这一问题,我们提出了一种名为A-TRICE的新型最坏情况感知训练技术,该技术通过高效结合对抗训练和基于右删失高斯噪声的噪声注入训练,以提升最坏情况下的DNN精度。实验结果表明,A-TRICE可将器件偏差下的最坏情况精度提升高达33%。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+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
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
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
1+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
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
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
无人机已改变战场,但并未解决指挥问题
专知会员服务
5+阅读 · 8月14日
驱动军事决策变革的顶尖人工智能指挥系统
专知会员服务
11+阅读 · 8月11日
非对称防御中的自组织临界性:俄乌战争
专知会员服务
10+阅读 · 8月10日
《战争中的大语言模型监管》
专知会员服务
16+阅读 · 8月10日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
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
1+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
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
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