Brain-inspired neuromorphic computing with spiking neural networks (SNNs) is a promising energy-efficient computational approach. However, successfully training SNNs in a more biologically plausible and neuromorphic-hardware-friendly way is still challenging. Most recent methods leverage spatial and temporal backpropagation (BP), not adhering to neuromorphic properties. Despite the efforts of some online training methods, tackling spatial credit assignments by alternatives with comparable performance as spatial BP remains a significant problem. In this work, we propose a novel method, online pseudo-zeroth-order (OPZO) training. Our method only requires a single forward propagation with noise injection and direct top-down signals for spatial credit assignment, avoiding spatial BP's problem of symmetric weights and separate phases for layer-by-layer forward-backward propagation. OPZO solves the large variance problem of zeroth-order methods by the pseudo-zeroth-order formulation and momentum feedback connections, while having more guarantees than random feedback. Combining online training, OPZO can pave paths to on-chip SNN training. Experiments on neuromorphic and static datasets with fully connected and convolutional networks demonstrate the effectiveness of OPZO with similar performance compared with spatial BP, as well as estimated low training costs.


翻译:受大脑启发的神经形态计算与脉冲神经网络(SNNs)是一种前景广阔的节能计算方法。然而,以更具生物合理性和神经形态硬件友好的方式成功训练SNNs仍具挑战性。大多数近期方法利用空间和时间反向传播(BP),并未遵循神经形态特性。尽管一些在线训练方法做出了努力,但通过性能与空间BP相当的替代方案来解决空间信用分配问题,仍然是一个重要难题。在本工作中,我们提出了一种新方法——在线伪零阶(OPZO)训练。我们的方法仅需单次前向传播(伴随噪声注入)和直接自上而下的信号进行空间信用分配,避免了空间BP存在的权重对称以及逐层前向-反向传播分阶段的问题。OPZO通过伪零阶公式和动量反馈连接解决了零阶方法方差大的问题,同时比随机反馈具有更多保证。结合在线训练,OPZO可为片上SNN训练开辟道路。在神经形态和静态数据集上,使用全连接网络和卷积网络进行的实验证明了OPZO的有效性,其性能与空间BP相当,且训练成本估计较低。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
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
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
0+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
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 · 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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
21+阅读 · 2023年7月12日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
VIP会员
最新内容
博士论文 | 面向大模型推理的内存高效算法
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:20
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
4+阅读 · 今天5:45
《防空交战流程的概率建模研究》
专知会员服务
6+阅读 · 今天5:04
ICML 2026 教程 | 数值优化理论还重要吗?
专知会员服务
4+阅读 · 7月26日
ICM 2026 | 陶哲轩:人工智能时代的数学
专知会员服务
8+阅读 · 7月26日
《反无人机交战场景下的战斗归零研究》
专知会员服务
7+阅读 · 7月26日
博士论文 | 用代码结构感知方法推进代码大模型
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
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
0+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
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 · 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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员