95个基于硬件的SNN是模拟或数字的。模拟SNN系统[20]显示的功耗低于数字SNN [21]。相比之下,数字SNN更加灵活,因此更适合原型制作,同时显示整体的设计时间更快,因此构成了初步实验和新一代神经假体设计的最佳选择。突出的SNN硬件平台是Merolla [22],Brainscales-2 [23],Spinnaker [24]和Loihi [25]。尽管其中一些系统呈现出移动版本,例如[26]用于BrainScales-2,但它们通常不适合嵌入式应用程序。在本手稿中,我们介绍了实时仿生Snn Biouthmus的功能,以实现独立的神经元和完全连接的网络,展示了系统集成,促进了多功能性和易用性。
摘要 — 我们介绍了用于神经形态处理器上的在线小样本学习的替代梯度在线错误触发学习 (SOEL) 系统。SOEL 学习系统结合了迁移学习和计算神经科学与深度学习的原理。我们表明,在神经形态硬件上实施的部分训练的深度脉冲神经网络 (SNN) 可以快速在线适应域内的新数据类别。发生错误时会触发 SOEL 更新,从而以更少的更新实现更快的学习。以手势识别为例,我们表明 SOEL 可用于对新类别的预记录手势数据进行在线小样本学习,以及从动态主动像素视觉传感器实时传输到英特尔 Loihi 神经形态研究处理器的数据中快速在线学习新手势。
基于冯·诺依曼架构和经典神经网络的现代人工智能系统与大脑相比具有许多基本局限性。本文讨论了这些局限性及其缓解方法。接下来,本文概述了当前可用的神经形态人工智能项目,这些项目通过将一些大脑特征引入计算系统的功能和组织中来克服这些局限性(TrueNorth、Loihi、Tianjic、SpiNNaker、BrainScaleS、NeuronFlow、DYNAP、Akida)。此外,本文还介绍了根据神经形态人工智能系统所使用的大脑特征(神经网络、并行性和异步性、信息传输的脉冲性质、局部学习、稀疏性、模拟和内存计算)对其进行分类的原理。除了基于现有硅微电子技术的神经形态设备中使用的新架构方法外,本文还讨论了使用新忆阻器元件基的前景。本文还给出了在神经形态应用中使用忆阻器的最新进展示例。
基于冯·诺依曼架构和经典神经网络的现代人工智能 (AI) 系统与哺乳动物的大脑相比具有许多基本局限性。在本文中,我们将讨论这些局限性及其缓解方法。接下来,我们将概述目前可用的神经形态 AI 项目,这些项目通过将一些大脑特征引入计算系统的功能和组织来克服这些局限性(TrueNorth、Loihi、Tianjic、SpiNNaker、BrainScaleS、NeuronFlow、DYNAP、Akida、Mythic)。此外,我们还介绍了根据神经形态 AI 系统所使用的大脑特征对其进行分类的原则:联结主义、并行性、异步性、信息传输的脉冲性质、设备上学习、本地学习、稀疏性、模拟和内存计算。除了回顾基于现有硅微电子技术的神经形态设备所使用的新架构方法外,我们还讨论了使用新忆阻器元件基座的前景。我们还给出了在神经形态应用中使用忆阻器的最新进展示例。
摘要 神经形态计算系统(例如 DYNAP 和 Loihi)最近已被引入计算社区,以提高机器学习程序的性能和能源效率,尤其是使用脉冲神经网络 (SNN) 实现的程序。神经形态系统的系统软件的作用是聚类大型机器学习模型(例如,具有许多神经元和突触),并将这些聚类映射到硬件的计算资源。在这项工作中,我们制定了神经形态硬件的能耗,考虑了神经元和突触消耗的功率,以及在互连上传递脉冲所消耗的能量。基于这种公式,我们首先评估系统软件在管理神经形态系统能耗方面的作用。接下来,我们制定一种简单的基于启发式的映射方法,将神经元和突触放置到计算资源上以降低能耗。我们通过 10 个机器学习应用程序评估了我们的方法,并证明所提出的映射方法可以显著降低神经形态计算系统的能耗。
液体分析是跟踪食品、饮料和化学制造等行业是否符合严格的工艺质量标准的关键。为了在线并在最感兴趣的点分析产品质量,自动监控系统必须满足小型化、能源自主性和实时操作方面的严格要求。为了实现这一目标,我们介绍了在神经形态硬件上运行的人工味觉的第一个实现,用于连续边缘监控应用。我们使用固态电化学微传感器阵列来获取多变量、随时间变化的化学测量值,采用时间滤波来增强传感器读出动态,并部署基于速率的深度卷积脉冲神经网络来有效融合电化学传感器数据。为了评估性能,我们创建了 MicroBeTa(微传感器味道测试),这是一个用于饮料分类的新数据集,包含 3 天内进行的 7 小时时间记录,包括传感器漂移和传感器更换。我们实现的人工品味在推理任务上的能效比在其他商用低功耗边缘 AI 推理设备上运行的类似卷积架构高出 15 倍,在 USB 棒外形尺寸中包含的单个英特尔 Loihi 神经形态研究处理器上实现了比传感器读数采样周期低 178 倍以上的延迟和高精度(97%)。
液体分析是跟踪食品、饮料和化学制造等行业是否符合严格的工艺质量标准的关键。为了在线并在最感兴趣的点分析产品质量,自动监控系统必须满足小型化、能源自主性和实时操作方面的严格要求。为了实现这一目标,我们介绍了在神经形态硬件上运行的人工味觉的第一个实现,用于连续边缘监控应用。我们使用固态电化学微传感器阵列来获取多变量、随时间变化的化学测量值,采用时间滤波来增强传感器读出动态,并部署基于速率的深度卷积脉冲神经网络来有效融合电化学传感器数据。为了评估性能,我们创建了 MicroBeTa(微传感器味道测试),这是一个用于饮料分类的新数据集,包含 3 天内进行的 7 小时时间记录,包括传感器漂移和传感器更换。我们实现的人工品味在推理任务上的能效比在其他商用低功耗边缘 AI 推理设备上运行的类似卷积架构高出 15 倍,在 USB 棒外形尺寸中包含的单个英特尔 Loihi 神经形态研究处理器上实现了比传感器读数采样周期低 178 倍以上的延迟和高精度(97%)。
摘要 — 随着基于脉冲的深度学习推理应用在嵌入式系统中的增多,这些系统倾向于集成神经形态加速器(如 µ Brain)以提高能源效率。我们提出了一种基于 µ Brain 的可扩展多核神经形态硬件设计,以加速脉冲深度卷积神经网络 (SDCNN) 的计算。为了提高能源效率,内核在神经元和突触容量方面设计为异构的(即大核与小核),并且它们使用并行分段总线互连,与传统的基于网格的片上网络 (NoC) 相比,这可以降低延迟和能耗。我们提出了一个名为 SentryOS 的系统软件框架,将 SDCNN 推理应用程序映射到所提出的设计中。SentryOS 由一个编译器和一个运行时管理器组成。编译器利用大和小 µ Brain 内核的内部架构将 SDCNN 应用程序编译成子网络。运行时管理器将这些子网络调度到内核上并流水线执行以提高吞吐量。我们用五个常用的 SDCNN 推理应用程序评估了所提出的大多核神经形态设计和系统软件框架,并表明所提出的解决方案可降低能耗(37% 至 98%)、降低延迟(9% 至 25%)并提高应用程序吞吐量(20% 至 36%)。我们还表明 SentryOS 可以轻松扩展到其他脉冲神经形态加速器,例如 Loihi 和 DYNAP。索引术语 — 神经形态计算、脉冲深度卷积神经网络、多核、嵌入式系统、µ Brain
这项工作通过开发具有二维(时频)卷积长期记忆(ConvlstM2D)的混合和尖峰形式的心脏异常检测,并具有封闭形式的连续(CFC)神经网络(SCCFC),这是一个是生物生物味的Sallow Sallow sallow sallow sallow sallow sallof netward。该模型在心脏异常检测中达到了F1分数,AUROC为0.82和0.91。这些结果可与非加速ConvlstM2D-CFC(CORVCFC)模型1相媲美。值得注意的是,SCCFC模型在模拟Loihi的神经形态芯片架构上的估计功率消耗显示出明显更高的能量效率,与ConverCFC模型在传统过程中的450 µ µ J/INF的消耗相比。另外,作为概念验证,我们在常规且相对受资源约束的Radxa零上部署了SCCFC模型,该模型配备了Amlogic S905Y2处理器进行验证培训,这导致了绩效证明。在常规GPU上对2个时期进行初步训练后,F1分别和AUROC分别从0.46和0.65和0.56和0.73提高,并在5个时期的室内训练训练中提高了5个。此外,当呈现新数据集时,SCCFC模型展示了可以构成伪观点测试的强样本外泛化功能,实现了F1分数,AUROC为0.71和0.86。峰值SCCFC在鲁棒性方面还表现出在推理过程中有效处理缺失的ECG通道方面的非加速Convcfc模型。该模型的功效扩展到单个铅心电图(ECG)分析,在这种情况下证明了合理的精度,而我们的工作重点一直放在模型的计算和记忆复杂性上。关键字:尖峰神经网络,心电图分析,能量效率,设备微调,生成,鲁棒性。
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