Convolutional Neural Networks (CNNs) are used in a wide range of applications, with full-precision CNNs achieving high accuracy at the expense of portability. Recent progress in quantization techniques has demonstrated that sub-byte Quantized Neural Networks (QNNs) achieve comparable or superior accuracy while significantly reducing the computational cost and memory footprint. However, sub-byte computation on commodity hardware is sub-optimal due to the lack of support for such precision. In this paper, we introduce Sparq, a Sub-byte vector Processor designed for the AcceleRation of QNN inference. This processor is based on a modified version of Ara, an open-source 64-bit RISC-V ``V'' compliant processor. Sparq is implemented in GLOBAL FOUNDRIES 22FDX FD-SOI technology and extends the Instruction Set Architecture (ISA) by adding a new multiply-shift-accumulate instruction to improve sub-byte computation effciency. The floating-point unit is also removed to minimize area and power usage. To demonstrate Sparq performance, we implement an ultra-low-precision (1-bit to 4-bit) vectorized conv2d operation taking advantage of the dedicated hardware. We show that Sparq can significantly accelerate sub-byte computations with respectively 3.2 times, and 1.7 times acceleration over an optimized 16-bit 2D convolution for 2-bit and 4-bit quantization.


翻译:摘要:卷积神经网络(CNN)广泛应用于各类场景,全精度CNN虽能实现高准确率,却以牺牲可移植性为代价。量化技术的最新进展表明,亚字节量化神经网络(QNN)在显著降低计算开销和内存占用的同时,可实现与全精度网络相当甚至更优的准确率。然而,由于缺乏对亚字节精度的硬件支持,当前通用硬件在执行亚字节计算时性能欠佳。本文提出Sparq——一款面向QNN推理加速的亚字节向量处理器。该处理器基于开源64位RISC-V向量指令集兼容处理器Ara的改进版本实现,采用格芯22FDX FD-SOI工艺制造。通过新增乘-移位-累加指令扩展指令集架构(ISA),有效提升了亚字节计算效率。为最小化面积与功耗,处理器还移除了浮点运算单元。为验证Sparq性能,我们利用专用硬件实现了超低精度(1比特至4比特)向量化二维卷积运算。实验表明,相较于优化后的16位二维卷积,Sparq在2比特与4比特量化场景下分别实现了3.2倍和1.7倍的亚字节计算加速。

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
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
0+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
1+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
Attentive Graph Neural Networks for Few-Shot Learning
Arxiv
40+阅读 · 2020年7月14日
VIP会员
最新内容
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
3+阅读 · 6月23日
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
4+阅读 · 6月23日
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
3+阅读 · 6月23日
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
相关VIP内容
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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
0+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
1+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