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Enregistrement W4410614342 · doi:10.1109/tvlsi.2025.3566949

<i>S</i> <sup>3</sup>A-NPU: A High-Performance Hardware Accelerator for Spiking Self-Supervised Learning With Dynamic Adaptive Memory Optimization

2025· article· en· W4410614342 sur OpenAlexaboutno aff
Heuijee Yun, Daejin Park

Notice bibliographique

RevueIEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvanced Memory and Neural Computing
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesInstitute for Information and Communications Technology PromotionNational Research Foundation of Korea
Mots-clésComputer scienceComputer hardwareComputer architectureArtificial intelligence

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Spiking self-supervised learning (SSL) has become prevalent for low power consumption and low-latency properties, as well as the ability to learn from large quantities of unlabeled data. However, the computational intensity and resource requirements are significant challenges to apply to accelerators. In this article, we propose the scalable, spiking self-supervised learning, streamline optimization accelerator ($S^{3}$A)-neural processing unit (NPU), a highly optimized accelerator for spiking SSL models. This architecture minimizes memory access by leveraging input data provided by the user and optimizes computation through the maximization of data reuse. By dynamically optimizing memory based on model characteristics and implementing specialized operations for data preprocessing, which are critical in SSL, computational efficiency can be significantly improved. The parallel processing lanes account for the two encoders in the SSL architecture, combined with a pipelined structure that considers the temporal data accumulation of spiking neural networks (SNNs) to enhance computational efficiency. We evaluate the design on field-programmable gate array (FPGA), where a 16-bit quantized spiking residual network (ResNet) model trained on the Canadian Institute for Advanced Research (CIFAR) and MNIST dataset has top 94.08% accuracy.$S^{3}$A-NPU optimization significantly improved computational resource utilization, resulting in a 25% reduction in latency. Moreover, as the first spiking self-supervised accelerator, it demonstrated highly efficient computation compared to existing accelerators, utilizing only 29k look up tables (LUTs) and eight block random access memories (BRAMs). This makes it highly suitable for resource-constrained applications, particularly in the context of spiking SSL models on edge devices. We implemented it on a silicon chip using a 130-nm process design kit (PDK), and the design was less than$1~\text {cm}^{2}$.

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: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,015
Score d'incertitude au seuil0,051

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 ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0150,004

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 Opus0,008
Tête enseignante GPT0,210
Écart entre enseignants0,202 · 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'étudeExpérimental (laboratoire)
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

Citations1
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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