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Enregistrement W4226340880 · doi:10.1145/3514253

SyncNN: Evaluating and Accelerating Spiking Neural Networks on FPGAs

2022· article· en· W4226340880 sur OpenAlexaff
Sathish Panchapakesan, Zhenman Fang, Jian Li

Notice bibliographique

RevueACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvanced Memory and Neural Computing
Établissements canadiensSimon Fraser University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésComputer scienceSpiking neural networkAsynchronous communicationField-programmable gate arrayScalabilityParallel computingQuantization (signal processing)Encoding (memory)ComputationArtificial neural networkEmbedded systemArtificial intelligenceAlgorithm

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Compared to conventional artificial neural networks, spiking neural networks (SNNs) are more biologically plausible and require less computation due to their event-driven nature of spiking neurons. However, the default asynchronous execution of SNNs also poses great challenges to accelerate their performance on FPGAs. In this work, we present a novel synchronous approach for rate-encoding-based SNNs, which is more hardware friendly than conventional asynchronous approaches. We first quantitatively evaluate and mathematically prove that the proposed synchronous approach and asynchronous implementation alternatives of rate-encoding-based SNNs are similar in terms of inference accuracy, and we highlight the computational performance advantage of using SyncNN over an asynchronous approach. We also design and implement the SyncNN framework to accelerate SNNs on Xilinx ARM-FPGA SoCs in a synchronous fashion. To improve the computation and memory access efficiency, we first quantize the network weights to 16-bit, 8-bit, and 4-bit fixed-point values with the SNN-friendly quantization techniques. Moreover, we encode only the activated neurons by recording their positions and corresponding number of spikes to fully utilize the event-driven characteristics of SNNs, instead of using the common binary encoding (i.e., 1 for a spike and 0 for no spike). For the encoded neurons that have dynamic and irregular access patterns, we design parameterized compute engines to accelerate their performance on the FPGA, where we explore various parallelization strategies and memory access optimizations. Our experimental results on multiple Xilinx ARM-FPGA SoC boards demonstrate that our SyncNN is scalable to run multiple networks, such as LeNet, Network in Network, and VGG, on various datasets such as MNIST, SVHN, and CIFAR-10. SyncNN not only achieves competitive accuracy (99.6%) but also achieves state-of-the-art performance (13,086 frames per second) for the MNIST dataset. Finally, we compare the performance of SyncNN with conventional CNNs using the Vitis AI and find that SyncNN can achieve similar accuracy and better performance compared to Vitis AI for image classification using small networks.

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)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
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: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,010
Score d'incertitude au seuil0,020

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,000

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 Opus0,038
Tête enseignante GPT0,263
Écart entre enseignants0,224 · 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
GenreEmpirique

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

En bref

Citations44
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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