Implementing Convolutional Neural Networks Using Hartley Stochastic Computing With Adaptive Rate Feature Map Compression
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Notice bibliographique
Résumé
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 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex-math notation="LaTeX">$1.33\times$ </tex-math></inline-formula> 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.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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.
score_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