Bayesian Neural Networks (BNNs) can overcome the problem of overconfidence that plagues traditional frequentist deep neural networks, and are hence considered to be a key enabler for reliable AI systems. However, conventional hardware realizations of BNNs are resource intensive, requiring the implementation of random number generators for synaptic sampling. Owing to their inherent stochasticity during programming and read operations, nanoscale memristive devices can be directly leveraged for sampling, without the need for additional hardware resources. In this paper, we introduce a novel Phase Change Memory (PCM)-based hardware implementation for BNNs with binary synapses. The proposed architecture consists of separate weight and noise planes, in which PCM cells are configured and operated to represent the nominal values of weights and to generate the required noise for sampling, respectively. Using experimentally observed PCM noise characteristics, for the exemplary Breast Cancer Dataset classification problem, we obtain hardware accuracy and expected calibration error matching that of an 8-bit fixed-point (FxP8) implementation, with projected savings of over 9$\times$ in terms of core area transistor count.


翻译:贝叶斯神经网络(BNN)能够克服传统频率学派深度神经网络中普遍存在的过度自信问题,因此被视为实现可靠人工智能系统的关键。然而,BNN的传统硬件实现资源消耗巨大,需要为突触采样配备随机数生成器。纳米级忆阻器件在编程和读取过程中具有固有不稳定性,可直接用于采样,无需额外硬件资源。本文提出一种基于相变存储器(PCM)的新型BNN硬件实现方案,该方案采用二值突触。所提出的架构由独立的权重平面和噪声平面组成,其中PCM单元分别配置为表示权重的标称值和生成采样所需噪声。基于实验观测到的PCM噪声特性,以乳腺癌数据集分类问题为例,我们获得的硬件精度和期望校准误差与8位定点(FxP8)实现完全匹配,同时核心面积晶体管数量预计节省超过9倍。

0
下载
关闭预览

相关内容

环太平洋多媒体会议(PCM)是一个重要的年度国际会议,其组织为论坛,以讨论理论,实验和应用多媒体分析与处理领域的最新进展和研究成果。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/conf/pcm/
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
55+阅读 · 2020年9月7日
【干货书】真实机器学习,264页pdf,Real-World Machine Learning
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16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
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
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1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
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
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:35
KDD 2026 | MixRAGRec:面向LLM推荐的混合专家KG-RAG框架
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
14+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
8+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
相关VIP内容
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
55+阅读 · 2020年9月7日
【干货书】真实机器学习,264页pdf,Real-World Machine Learning
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16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
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
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1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
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
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员