Deep neural networks are widely deployed in many fields. Due to the in-situ computation (known as processing in memory) capacity of the Resistive Random Access Memory (ReRAM) crossbar, ReRAM-based accelerator shows potential in accelerating DNN with low power and high performance. However, despite power advantage, such kind of accelerators suffer from the high power consumption of peripheral circuits, especially Analog-to-Digital Converter (ADC), which account for over 60 percent of total power consumption. This problem hinders the ReRAM-based accelerator to achieve higher efficiency. Some redundant Analog-to-Digital conversion operations have no contribution to maintaining inference accuracy, and such operations can be eliminated by modifying the ADC searching logic. Based on such observations, we propose an algorithm-hardware co-design method and explore the co-design approach in both hardware design and quantization algorithms. Firstly, we focus on the distribution output along the crossbar's bit-lines and identify the fine-grained redundant ADC sampling bits. % of weight and To further compress ADC bits, we propose a hardware-friendly quantization method and coding scheme, in which different quantization strategy was applied to the partial results in different intervals. To support the two features above, we propose a lightweight architectural design based on SAR-ADC\@. It's worth mentioning that our method is not only more energy efficient but also retains the flexibility of the algorithm. Experiments demonstrate that our method can reduce about $1.6 \sim 2.3 \times$ ADC power reduction.


翻译:深度神经网络已广泛应用于众多领域。由于阻变随机存取存储器(ReRAM)交叉开关具备原位计算(即存内计算)能力,基于ReRAM的加速器在低功耗和高性能加速深度神经网络方面展现出潜力。然而,尽管具有功耗优势,此类加速器仍面临外围电路(特别是模数转换器ADC)高功耗的制约,其功耗占比超过总功耗的60%。这一问题阻碍了ReRAM加速器实现更高效率。部分冗余的模数转换操作对维持推理精度毫无贡献,可通过修改ADC搜索逻辑予以消除。基于上述观察,我们提出一种算法-硬件协同设计方法,并从硬件设计与量化算法两个维度探索协同设计路径。首先,我们聚焦于交叉开关位线输出的分布特征,识别出细粒度冗余ADC采样比特。为进一步压缩ADC比特数,我们提出一种硬件友好的量化方法与编码方案,针对不同区间的部分结果采用差异化的量化策略。为支持上述两种特性,我们设计了一种基于逐次逼近型ADC的轻量化架构。值得强调的是,本方法不仅具有更高能效,还保留了算法的灵活性。实验表明,本方法可实现约1.6~2.3倍的ADC功耗降低。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
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
164+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
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
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
4+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
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
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
国家自然科学基金
13+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月20日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月20日
VIP会员
最新内容
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
12+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
3+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
5+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
6+阅读 · 6月9日
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
8+阅读 · 6月9日
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
6+阅读 · 6月9日
相关资讯
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
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
4+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
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
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
国家自然科学基金
13+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员