Vision Transformers (ViTs) that leverage self-attention mechanism have shown superior performance on many classical vision tasks compared to convolutional neural networks (CNNs) and gain increasing popularity recently. Existing ViTs works mainly optimize performance and accuracy, but ViTs reliability issues induced by soft errors in large-scale VLSI designs have generally been overlooked. In this work, we mainly study the reliability of ViTs and investigate the vulnerability from different architecture granularities ranging from models, layers, modules, and patches for the first time. The investigation reveals that ViTs with the self-attention mechanism are generally more resilient on linear computing including general matrix-matrix multiplication (GEMM) and full connection (FC) and show a relatively even vulnerability distribution across the patches. ViTs involve more fragile non-linear computing such as softmax and GELU compared to typical CNNs. With the above observations, we propose a lightweight block-wise algorithm-based fault tolerance (LB-ABFT) approach to protect the linear computing implemented with distinct sizes of GEMM and apply a range-based protection scheme to mitigate soft errors in non-linear computing. According to our experiments, the proposed fault-tolerant approaches enhance ViTs accuracy significantly with minor computing overhead in presence of various soft errors.


翻译:视觉Transformer(ViTs)利用自注意力机制,在诸多经典视觉任务中展现出优于卷积神经网络(CNNs)的性能,近年来日益普及。现有ViTs研究主要侧重于优化性能与准确率,但大规模VLSI设计中由软错误引发的ViTs可靠性问题通常被忽视。本研究首次从模型、层、模块和分块等不同架构粒度,系统研究ViTs的可靠性并探究其脆弱性。研究表明,采用自注意力机制的ViTs在通用矩阵乘法(GEMM)和全连接(FC)等线性计算中普遍更具韧性,且各分块间脆弱性分布相对均衡。与典型CNNs相比,ViTs包含更多如softmax和GELU等脆弱的非线性计算。基于上述发现,我们提出轻量级块级算法容错(LB-ABFT)方法,用于保护不同规模GEMM实现的线性计算,并采用基于范围的保护方案缓解非线性计算中的软错误。实验表明,在存在各种软错误的情况下,所提容错方法能以极小的计算开销显著提升ViTs准确率。

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
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
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
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
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
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
Arxiv
21+阅读 · 2023年7月12日
Arxiv
76+阅读 · 2022年3月26日
Conditional Prompt Learning for Vision-Language Models
Arxiv
13+阅读 · 2022年3月10日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月10日
Arxiv
29+阅读 · 2020年3月16日
Arxiv
20+阅读 · 2018年1月17日
VIP会员
最新内容
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
4+阅读 · 今天8:46
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
7+阅读 · 今天5:37
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
6+阅读 · 今天5:35
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天5:24
人工智能赋能无人机:俄乌战争(万字长文)
专知会员服务
7+阅读 · 4月23日
国外海军作战管理系统与作战训练系统
专知会员服务
3+阅读 · 4月23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
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
相关论文
Arxiv
21+阅读 · 2023年7月12日
Arxiv
76+阅读 · 2022年3月26日
Conditional Prompt Learning for Vision-Language Models
Arxiv
13+阅读 · 2022年3月10日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月10日
Arxiv
29+阅读 · 2020年3月16日
Arxiv
20+阅读 · 2018年1月17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
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