支持片上学习的大规模脉冲神经网络芯片关键技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61874097
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    16.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0402.集成电路设计
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Spiking Neural Network (SNN) based hardware is a research direction to approach brains computational and power efficiency. Existing hardware implementation of SNN are limited in scale or do not have in-hardware learning capability. We propose a scalable Network-on-chip based SNN hardware architecture with in-hardware STDP learning capability. First, a neuron cluster with hierarchical power management is proposed as the basic communication node for NoC. For the tradeoff between neural network accuracy and hardware resource, both linear and non-linear quantization method is proposed for the synaptic weight. Second, for the scalability of the SNN, dynamic zero reference and relative addressing method are adopted to overcome the limitation of the address width. What’s more, the spike traffic compression and re-order techniques are incorporated to reduce the traffic overhead and improve the throughput on the network. At last, an efficient STDP micro-architecture is proposed for in-hardware online learning. It utilizes the spike window and spike feed-back techniques to overcome the spatial and temporal gab between pre-synaptic neuron and post-synaptic neuron in SNN hardware.
脉冲神经网络具有高度的生物真实性,其高能效比的优势使其成为类脑计算芯片的研究热点。但目前的脉冲神经网络芯片均不支持在线学习且神经元规模扩展性受到限制,本项目拟提出一种基于片上网络的在线自学习大规模脉冲神经网络架构,该架构以支持层次化功耗管理的神经元簇为通信节点,支持突触权重的低精度线性和高精度非线性量化,实现神经网络精度与存储资源的平衡,片上网络以动态参考原点和相对寻址方式索引目标神经元,使神经元间互连距离和扩展性不受地址位宽约束;最后,提出了基于脉冲序列窗口和脉冲反向传播技术的STDP学习规则,分别解决了传统STDP学习规则时间窗口内脉冲数量无法确定和前后突触脉冲的空间跨度大的问题。

结项摘要

本项目提出了一种基于片上网络的在线自学习大规模脉冲神经网络架构,该架构采用全局异步局部同步的通信方式,提升架构的高度可扩张性同时保证了局部的脉冲事件处理性能。采用基于事件驱动工作机理和层次化功耗管理机制,保证无脉冲事件驱动的神经元处于休眠状态,实现芯片的极低级功耗,并自主定义了一套高稳定性的芯片间神经脉冲事件异步通信协议,支持多片芯片的级联,支持用户构建千万级神经元类脑计算系统。此外,片上网络以动态参考原点和相对寻址方式索引目标神经元,使神经元间互连距离和扩展性不受地址位宽约束,并结合神经脉冲事件的重排序和压缩技术,减少数据传输带宽,提高脉冲时间传输的实时性;提出了基于存储共享的突触架构,支持突触权重的低精度线性和高精度非线性量化,实现神经网络精度与存储资源的平衡。最后,提出了基于脉冲序列窗口和脉冲反向传播技术的STDP学习规则,分别解决了传统STDP学习规则时间窗口内脉冲数量无法确定和前后突触脉冲的空间跨度大的问题。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
TensorClog: An Imperceptible Poisoning Attack on Deep Neural Network Applications
TensorClog:针对深度神经网络应用的难以察觉的中毒攻击
  • DOI:
    10.1109/access.2019.2905915
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Shen Juncheng;Zhu Xiaolei;Ma De
  • 通讯作者:
    Ma De

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其他文献

Darwin: A neuromorphic hardware co-processor based on spiking neural networks
Darwin:基于尖峰神经网络的神经形态硬件协处理器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Systems Architecture
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    马德
  • 通讯作者:
    马德
Efficient Modeling and Implementation of Cryptographic Processor using UML and SystemC
使用 UML 和 SystemC 进行密码处理器的高效建模和实现
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Computational Information Systems
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马德
  • 通讯作者:
    马德

其他文献

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AI项目思路

AI技术路线图

马德的其他基金

基于异步通讯架构的百万级神经元类脑计算芯片关键技术研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    259 万元
  • 项目类别:
    联合基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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