To ensure resilient neural network processing on even unreliable hardware, comprehensive reliability analysis against various hardware faults is generally required before the deep neural network models are deployed, and efficient error injection tools are highly demanded. However, most existing fault injection tools remain rather limited to basic fault injection to neurons and fail to provide fine-grained vulnerability analysis capability. In addition, many of the fault injection tools still need to change the neural network models and make the fault injection closely coupled with normal neural network processing, which further complicates the use of the fault injection tools and slows down the fault simulation. In this work, we propose MRFI, a highly configurable multi-resolution fault injection tool for deep neural networks. It enables users to modify an independent fault configuration file rather than neural network models for the fault injection and vulnerability analysis. Particularly, it integrates extensive fault analysis functionalities from different perspectives and enables multi-resolution investigation of the vulnerability of neural networks. In addition, it does not modify the major neural network computing framework of PyTorch. Hence, it allows parallel processing on GPUs naturally and exhibits fast fault simulation according to our experiments.


翻译:为确保深度神经网络模型在不可靠硬件上仍能实现弹性处理,通常在模型部署前需针对各类硬件故障开展全面的可靠性分析,因此高效错误注入工具的需求日益迫切。然而,现有大部分故障注入工具仍局限于对神经元的基础故障注入功能,缺乏细粒度的脆弱性分析能力。此外,许多故障注入工具仍需修改神经网络模型,导致故障注入与常规神经网络处理紧密耦合,进一步增加了工具使用复杂度并降低了故障仿真速度。本研究提出MRFI——一种面向深度神经网络的高度可配置多分辨率故障注入工具。该工具允许用户通过独立配置故障配置文件(而非修改神经网络模型)实现故障注入与脆弱性分析。特别地,它集成了多维度扩展故障分析功能,支持神经网络脆弱性的多分辨率研究。同时,其核心机制无需改动PyTorch主神经网络计算框架,因此可自然支持GPU并行处理。实验表明,该工具具备高效的故障仿真能力。

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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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