爱吧机器人网 » 技术 > 神经网络 > 正文

MAERI:可重构互联架构赋能DNN加速器灵活数据流映射

一、论文题目
 
MAERI:可重构互联架构赋能DNN加速器灵活数据流映射

二、摘要

在计算机视觉和语音识别方面,深度神经网络(DNN)已经被广泛认为是一种非常有前景的解决方案,并且正在成为众多其他人工智能应用领域的计算基础。然而,这些算法的计算复杂度和对高能效的需求导致了对专用硬件加速器研究的激增。为了减少访问DRAM的延迟和功率消耗,大多数的DNN加速器本质上是以空间换时间,通过扩展数百个处理元件(PE)并行操作并且彼此之间直接通信。

MAERI:可重构互联架构赋能DNN加速器灵活数据流映射
DNN的发展是日新月异的,并且在最近的网络结构中,大多同时包括卷积层、递归层、池化层和全连接层等,且具有不同的输入大小和滤波器尺寸。它们可能是稠密的或稀疏的。它们还可以以多种方式(层内和跨层)进行分块,以获得数据的重用(权重和中间输出)。这些计算特征都可能导致不同的加速器数据流模式。

MAERI:可重构互联架构赋能DNN加速器灵活数据流映射
不幸的是,大多数的DNN加速器仅支持固定的数据流模式,因为它们对PE和片上网络(NoC)进行了精细的协同设计,以期达到最优的性能功耗比。实际上,它们中的大多数仅针对卷积层内的数据流进行了优化。这使得在结构上有效地映射任意数据流变得极具挑战性,并且可能导致可用计算资源的利用率极低。

MAERI:可重构互联架构赋能DNN加速器灵活数据流映射
DNN加速器需要可编程以实现大规模部署。要使它们可编程,它们需要在内部进行重构,以支持可以映射到加速器上的各种数据流模式。为了满足这一需求,我们提供了MAERI,它是一个DNN加速器,内置一组模块化和可配置的构建块,可以通过适当配置互联架构轻松支持无数DNN分区和映射。 MAERI使用刚性NoC结构,在基准测试上的多个数据流映射中提供了8-459%的资源利用率提升。

MAERI:可重构互联架构赋能DNN加速器灵活数据流映射
(MAERI的不同功能模块)

MAERI:可重构互联架构赋能DNN加速器灵活数据流映射
(不同架构下面积和功耗对比)

MAERI:可重构互联架构赋能DNN加速器灵活数据流映射
(3x3x3kernel和5x5x3input的映射实例)



Abstract

Deep neural networks (DNN) have demonstrated highly promising results across computer vision and speech recognition, and are becoming foundational for ubiquitous AI. The computational complexity of these algorithms and a need for high energy-efficiency has led to a surge in research on hardware accelerators. To reduce the latency and energy costs of accessing DRAM, most DNN accelerators are spatial in nature, with hundreds of processing elements (PE) operating in parallel and communicating with each other directly. DNNs are evolving at a rapid rate, and it is common to have convolution, recurrent, pooling, and fully-connected layers with varying input and filter sizes in the most recent topologies.They may be dense or sparse. They can also be partitioned in myriad ways (within and across layers) to exploit data reuse (weights and intermediate outputs). All of the above can lead to different dataflow patterns within the accelerator substrate. Unfortunately, most DNN accelerators support only fixed dataflow patterns internally as they perform a careful co-design of the PEs and the network-on-chip (NoC). In fact, the majority of them are only optimized for traffic within a convolutional layer. This makes it challenging to map arbitrary dataflows on the fabric efficiently, and can lead to underutilization of the available compute resources. DNN accelerators need to be programmable to enable mass deployment. For them to be programmable, they need to be configurable internally to support the various dataflow patterns that could be mapped over them. To address this need, we present MAERI, which is a DNN accelerator built with a set of modular and configurable building blocks that can easily support myriad DNN partitions and mappings by appropriately configuring tiny switches. MAERI provides 8-459% better utilization across multiple dataflow mappings over baselines with rigid NoC fabrics.



如果你对本文感兴趣,想要下载完整文章进行阅读,可以关注【AI食堂】公众号(AIStation)。




上一篇:用人工智能神经网络给黑白照片上色 复现记忆中的旧时光
下一篇:可编辑神经网络,有望简化深度学习?
精选推荐
英伟达用联合学习创建医学影像AI 可共享数据和保护隐私
英伟达用联合学习创建医学影像AI 可共享数据和保护隐私

[2019-10-14]  英伟达(Nvidia)和伦敦国王学院(King’s College London)的人工智能研究人员利用联合学习训练了一种用于脑肿瘤分类的神经网络, ...

17世纪的莱布尼茨试图制造“思想机器”却被现实打脸
17世纪的莱布尼茨试图制造“思想机器”却被现实打脸

[2019-11-05]  莱布尼茨,德国哲学家、数学家、律师,历史上少见的通才1666年,德国博学家戈特弗里德·威廉·莱布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz)发 ...

机器人工程师具体都做什么?
机器人工程师具体都做什么?

[2017-12-08]  机器人工程师是幕后设计师,负责创建机器人和机器人系统,能够执行人类无法完成或不愿意完成的任务。 通过他们的创造,机器人工程师帮助工作更安全,更轻松,更高效,特别是......

CES 2018:英特尔推出49量子位芯片争夺量子霸权
CES 2018:英特尔推出49量子位芯片争夺量子霸权

[2018-01-10]  在与Google、IBM的一场关于建立量子计算系统的马拉松比赛中,英特尔通过了一个关键的里程碑。近日,这个科技巨头已经推出了一个49个量子位 ...

受大脑控制的机器人
受大脑控制的机器人

[2017-03-21]   想让机器人做我们想做的,首先,他得全面地了解我们。通常,这就意味着人类需要要付出更多。比如,教机器人复杂的人类语言或者把一项任务 ...

英国首台月球车是个小型四腿机器人 将于2021年登月
英国首台月球车是个小型四腿机器人 将于2021年登月

[2019-10-12]  探测器将用四条腿探测月球表面,并将数据传回着陆器,后者将把数据传回地球图 詹姆斯温斯皮尔英国即将成为继美国、俄罗斯、中国之后的又一 ...

通过对抗性图像黑入大脑
通过对抗性图像黑入大脑

[2018-03-02]  在上面的图片中,左边是一张猫的照片。在右边,你能分辨出它是同一只猫的图片,还是一张看起来相似的狗的图片?这两张图片之间的区别在于, ...

麻省理工最新机器人“装配工”未来可建造太空基地
麻省理工最新机器人“装配工”未来可建造太空基地

[2019-10-17]  两个机器人原型把一系列小单元组装成大结构体麻省理工学院科研人员最近提出一种新型机器人技术,即一种小型机器人系统,能够自主地用统一规 ...

本周栏目热点

神经网络:人工智能以及我们的未来

[2016-11-20]   作者:James Crowder翻译:王益军审校:心原文链接:techcrunch把自己想象成在一辆未来的自动驾驶汽车的乘客。这辆汽车与你以一种 ...

[2016-11-20]   include "stdio h" include "stdlib h" include "time h" include "math h" *********************************************i ...

OpenAI开辟全新AI音乐领域,发布Jukebox神经网络生产歌曲

[2020-05-19]  日前,外媒报道,人工智能(AI)技术生成的音乐会给人们带来非常奇妙体验。其中有两大原因,第一,这是一个非常吸引人的全新领域;第二,这 ...

50行代码玩转生成对抗网络GAN模型!(附源码)

[2018-07-30]  本文为大家介绍了生成对抗网络(Generate Adversarial Network,GAN),以最直白的语言来讲解它,最后实现一个简单的 GAN 程序来帮助大家加深理解。...

深度神经网络揭示了大脑喜欢看什么

[2019-11-06]  爱吧机器人网编者按:近日,《自然-神经科学》发表了一篇论文,研究人员创建了一种深度人工神经网络,能够准确预测生物大脑对视觉刺激所产 ...