Neural Networks (NNs) have been widely adopted due to their outstanding efficacy and adaptability across computer vision and deep learning applications. The optimization of NNs is necessary to enable their deployment on energy constrained embedded devices, where the limited available energy poses a significant challenge for efficient inference. This paper presents a runtime reconfigurable multiplier architecture integrated into the RISC-V core, targeting energy efficient neural network inference and edge AI applications. The proposed multiplier supports adaptability for exact and approximate computation with multiple configurable accuracy levels via a dedicated mulscr, enabling fine-grained energy accuracy control within a standard processor pipeline. The proposed design achieves 44%-52% and 62%-68% power reduction in exact and approximate modes respectively, while maintaining the computational performance of 1.89 DMIPS/MHz. Evaluations on error-tolerant workloads including 2d convolution and matrix multiplication demonstrate up to 63% reduction in energy consumption, with the proposed design achieving 1.21 pJ/instruction for matrix multiplication, confirming its effectiveness for energy-constrained edge AI deployments.


翻译:神经网络因其在计算机视觉和深度学习领域的卓越效能和适应性而被广泛采用。为在能量受限的嵌入式设备上部署神经网络,需要对网络进行优化,因为有限的可用能量对高效推断构成了重大挑战。本文提出了一种集成于RISC-V核心内的运行时 可重构乘法器架构,旨在实现能效优化的神经网络推断与边缘AI应用。所提出的乘法器通过专用mulscr指令支持精确计算与近似计算的自适应切换,并具有多个可配置的精度等级,从而在标准处理器流水线内实现精细粒度的能量-精度控制。该设计在精确模式和近似模式下分别实现了44%-52%和62%-68%的功耗降低,同时保持了1.89 DMIPS/MHz的计算性能。针对包括二维卷积和矩阵乘法在内的容错工作负载的评估表明,所提设计将能量消耗降低了高达63%,其中矩阵乘法的能耗达到1.21 pJ/指令,充分验证了其在能量受限的边缘AI部署场景中的有效性。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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