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Enregistrement W7046896998

Evaluation and acceleration of spiking neural networks using FPGAs

2021· dissertation· en· W7046896998 sur OpenAlexfundno aff

Notice bibliographique

RevueSummit (Simon Fraser University) · 2021
Typedissertation
Langueen
DomainePhysics and Astronomy
ThématiqueSuperconducting and THz Device Technology
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesSimon Fraser University
Mots-clésSpiking neural networkAsynchronous communicationScalabilityField-programmable gate arrayENCODEEncoding (memory)ComputationArtificial neural networkHardware accelerationQuantization (signal processing)
DOInon disponible

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 thesis, we present a novel synchronous approach for rate encoding based Spiking Neural Networks (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 the same in terms of inference accuracy and we highlight the computational performance advantage of using SyncNN over 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 the 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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,853
Score d'incertitude au seuil0,958

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
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 savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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 Opus0,029
Tête enseignante GPT0,264
Écart entre enseignants0,236 · 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 tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeObservationnel
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

Citations0
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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