Pattern Classification Using Quantized Neural Networks for FPGA-Based Low-Power IoT Devices
Notice bibliographique
Résumé
With the recent growth of the Internet of Things (IoT) and the demand for faster computation, quantized neural networks (QNNs) or QNN-enabled IoT can offer better performance than conventional convolution neural networks (CNNs). With the aim of reducing memory access costs and increasing the computation efficiency, QNN-enabled devices are expected to transform numerous industrial applications with lower processing latency and power consumption. Another form of QNN is the binarized neural network (BNN), which has 2 bits of quantized levels. In this paper, CNN-, QNN-, and BNN-based pattern recognition techniques are implemented and analyzed on an FPGA. The FPGA hardware acts as an IoT device due to connectivity with the cloud, and QNN and BNN are considered to offer better performance in terms of low power and low resource use on hardware platforms. The CNN and QNN implementation and their comparative analysis are analyzed based on their accuracy, weight bit error, RoC curve, and execution speed. The paper also discusses various approaches that can be deployed for optimizing various CNN and QNN models with additionally available tools. The work is performed on the Xilinx Zynq 7020 series Pynq Z2 board, which serves as our FPGA-based low-power IoT device. The MNIST and CIFAR-10 databases are considered for simulation and experimentation. The work shows that the accuracy is 95.5% and 79.22% for the MNIST and CIFAR-10 databases, respectively, for full precision (32-bit), and the execution time is 5.8 ms and 18 ms for the MNIST and CIFAR-10 databases, respectively, for full precision (32-bit).
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 enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| 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) | 0,004 | 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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».