Spiking Neural Networks (SNNs) are expected to be a promising alternative to Artificial Neural Networks (ANNs) due to their strong biological interpretability and high energy efficiency. Specialized SNN hardware offers clear advantages over general-purpose devices in terms of power and performance. However, there's still room to advance hardware support for state-of-the-art (SOTA) SNN algorithms and improve computation and memory efficiency. As a further step in supporting high-performance SNNs on specialized hardware, we introduce FireFly v2, an FPGA SNN accelerator that can address the issue of non-spike operation in current SOTA SNN algorithms, which presents an obstacle in the end-to-end deployment onto existing SNN hardware. To more effectively align with the SNN characteristics, we design a spatiotemporal dataflow that allows four dimensions of parallelism and eliminates the need for membrane potential storage, enabling on-the-fly spike processing and spike generation. To further improve hardware acceleration performance, we develop a high-performance spike computing engine as a backend based on a systolic array operating at 500-600MHz. To the best of our knowledge, FireFly v2 achieves the highest clock frequency among all FPGA-based implementations. Furthermore, it stands as the first SNN accelerator capable of supporting non-spike operations, which are commonly used in advanced SNN algorithms. FireFly v2 has doubled the throughput and DSP efficiency when compared to our previous version of FireFly and it exhibits 1.33 times the DSP efficiency and 1.42 times the power efficiency compared to the current most advanced FPGA accelerators.


翻译:脉冲神经网络(SNN)因其强大的生物可解释性和高能效,被认为是人工神经网络(ANN)的有前景的替代方案。专用SNN硬件在功耗和性能方面相较于通用设备具有明显优势。然而,支持最先进(SOTA)SNN算法的硬件仍有改进空间,尤其是在计算和存储效率方面。为进一步推动专用硬件对高性能SNN的支持,我们提出FireFly v2——一种FPGA SNN加速器,可解决当前SOTA SNN算法中存在的非尖峰操作问题,该问题阻碍了其在现有SNN硬件上的端到端部署。为更有效适配SNN特性,我们设计了一种时空数据流,支持四维并行,并消除了膜电位存储需求,从而实现尖峰处理和生成的实时流水线操作。为提升硬件加速性能,我们开发了基于脉动阵列的高性能尖峰计算引擎作为后端,其工作频率为500-600 MHz。据我们所知,FireFly v2在所有基于FPGA的实现中实现了最高时钟频率。此外,它是首个能够支持非尖峰操作的SNN加速器,而此类操作在先进SNN算法中普遍使用。相较于我们先前版本的FireFly,FireFly v2的吞吐量和DSP效率翻倍,且相较于当前最先进的FPGA加速器,其DSP效率提高1.33倍,能效提高1.42倍。

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
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
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
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
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
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9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
3+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
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
11+阅读 · 2018年4月8日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
9+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17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
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
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
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9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
3+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
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