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Enregistrement W4205256460 · doi:10.1109/ojcas.2021.3123899

Implementing Convolutional Neural Networks Using Hartley Stochastic Computing With Adaptive Rate Feature Map Compression

2021· article· en· W4205256460 sur OpenAlexafffund
Seyyed Hasan Mozafari, James J. Clark, Warren J. Gross, Brett H. Meyer

Notice bibliographique

RevueIEEE Open Journal of Circuits and Systems · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueError Correcting Code Techniques
Établissements canadiensMcGill University
Organismes subventionnairesFonds de recherche du Québec – Nature et technologiesHuawei TechnologiesMcGill University
Mots-clésComputer scienceConvolutional neural networkConvolution (computer science)AlgorithmFourier transformFast Fourier transformFilter (signal processing)Artificial neural networkMathematicsArtificial intelligenceComputer vision

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Energy consumption and the latency of convolutional neural networks (CNNs) are two important factors that limit their applications specifically for embedded devices. Fourier-based frequency domain (FD) convolution is a promising low-cost alternative to conventional implementations in the spatial domain (SD) for CNNs. FD convolution performs its operation with point-wise multiplications. However, in CNNs, the overhead for the Fourier-based FD-convolution surpasses its computational saving for small filter sizes. In this work, we propose to implement convolutional layers in the FD using the Hartley transform (HT) instead of the Fourier transformation. We show that the HT can reduce the convolution delay and energy consumption even for small filters. With the HT of parameters, we replace convolution with point-wise multiplications. HT lets us compress input feature maps, in convolutional layers, before convolving them with filters. In this regard, we introduce two compression techniques: fixed-rate and adaptive-rate. In the fixed-rate compression, we select frequency domain input feature map (IFMap) coefficients with a constant pattern over all convolutional layers. However, for the adaptive-rate IFMap compression, the network, itself, learns to keep or discard coefficients, during training. Also, to optimize the hardware implementation of our methods (fixed- and adaptive-rate compressions), we utilize stochastic computing (SC) to perform the point-wise multiplications in the FD. In this regard, we re-formalize the HT to better match with SC. We show that, compared to conventional Fourier-based convolution, Hartley SC-based convolution can achieve$1.33\times$speedup, and energy is reduced by 23% on a Virtex 7 FPGA when we implement AlexNet over CIFAR-10 based on the fixed-rate compression. Also, we show that if we utilize the adaptive-rate compression, we receive 16% and 15% latency improvement and energy consumption reduction, respectively, compared to the fixed-rate method.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,007

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,052
Tête enseignante GPT0,300
Écart entre enseignants0,247 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations4
Publié2021
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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