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计算机科学 > 硬件架构

arXiv:2412.17977 (cs)
[提交于 2024年12月23日 ]

标题: TNNGen:用于时间序列聚类的神经形态感知处理单元的自动化设计

标题: TNNGen: Automated Design of Neuromorphic Sensory Processing Units for Time-Series Clustering

Authors:Prabhu Vellaisamy, Harideep Nair, Vamsikrishna Ratnakaram, Dhruv Gupta, John Paul Shen
摘要: 时间神经网络(TNNs),一种特殊的脉冲神经网络,从新皮层中获得灵感,利用脉冲时间进行信息处理。 最近的研究提出了一个微架构框架和定制的宏单元套件,用于设计高能效的应用特定TNNs。 这些最新研究依赖于手动硬件设计,这是一个劳动密集且耗时的过程。 此外,目前还没有针对TNNs的开源功能仿真框架。 本文介绍了TNNGen,这是从PyTorch软件模型到后布局网表自动设计TNNs的开创性努力。 TNNGen包括一个新颖的PyTorch功能模拟器(用于TNN建模和应用探索)以及一个基于Python的硬件生成器(用于PyTorch到RTL和RTL到布局的转换)。 对跨多种感觉模态的时间序列信号聚类的七种代表性TNN设计进行了仿真,并评估了其后布局硬件复杂性和设计运行时间,以证明TNNGen的有效性。 我们还强调了TNNGen在不运行硬件工艺流程的情况下准确预测硅片指标的能力。
摘要: Temporal Neural Networks (TNNs), a special class of spiking neural networks, draw inspiration from the neocortex in utilizing spike-timings for information processing. Recent works proposed a microarchitecture framework and custom macro suite for designing highly energy-efficient application-specific TNNs. These recent works rely on manual hardware design, a labor-intensive and time-consuming process. Further, there is no open-source functional simulation framework for TNNs. This paper introduces TNNGen, a pioneering effort towards the automated design of TNNs from PyTorch software models to post-layout netlists. TNNGen comprises a novel PyTorch functional simulator (for TNN modeling and application exploration) coupled with a Python-based hardware generator (for PyTorch-to-RTL and RTL-to-Layout conversions). Seven representative TNN designs for time-series signal clustering across diverse sensory modalities are simulated and their post-layout hardware complexity and design runtimes are assessed to demonstrate the effectiveness of TNNGen. We also highlight TNNGen's ability to accurately forecast silicon metrics without running hardware process flow.
评论: 发表于《IEEE电路与系统II:快速简报》, 2024年5月
主题: 硬件架构 (cs.AR) ; 人工智能 (cs.AI); 神经与进化计算 (cs.NE)
引用方式: arXiv:2412.17977 [cs.AR]
  (或者 arXiv:2412.17977v1 [cs.AR] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.17977
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
相关 DOI: https://doi.org/10.1109/TCSII.2024.3390002
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来自: Prabhu Vellaisamy [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2024 年 12 月 23 日 20:46:53 UTC (4,169 KB)
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