دانلود مقاله ازدیاد دقت بلند مدت شبکه های عصبی باینری
ترجمه نشده

دانلود مقاله ازدیاد دقت بلند مدت شبکه های عصبی باینری

عنوان فارسی مقاله: افزایش دقت بلند مدت شبکه های عصبی باینری براساس آرایه ممریستور سه بعدی بهینه شده
عنوان انگلیسی مقاله: Long-Term Accuracy Enhancement of Binary Neural Networks Based on Optimized Three-Dimensional Memristor Array
مجله/کنفرانس: میکرو ماشین ها - Micromachines
رشته های تحصیلی مرتبط: مهندسی کامپیوتر - مهندسی فناوری اطلاعات
گرایش های تحصیلی مرتبط: هوش مصنوعی - شبکه های کامپیوتری
کلمات کلیدی فارسی: شبکه عصبی تعبیه شده، معماری عمودی سه بعدی، دقت بلند مدت، مهندسی دستگاه
کلمات کلیدی انگلیسی: embedded neural network; 3D vertical architecture; long-term accuracy; device engineering
شناسه دیجیتال (DOI): https://doi.org/10.3390/mi13020308
نویسندگان: Jie Yu - Woyu Zhang - Danian Dong - Wenxuan Sun - Jinru Lai - Xu Zheng - Tiancheng Gong - Yi Li - Dashan Shang - Guozhong Xing - Xiaoxin Xu
دانشگاه: Institute of Microelectronics of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
صفحات مقاله انگلیسی: 8
ناشر: ام دی پی آی - MDPI
نوع ارائه مقاله: ژورنال
نوع مقاله: ISI
سال انتشار مقاله: 2022
ایمپکت فاکتور: 3.490 در سال 2020
شاخص H_index: 52 در سال 2021
شاخص SJR: 0.577 در سال 2020
شناسه ISSN: 2072-666X
شاخص Quartile (چارک): Q2 در سال 2020
فرمت مقاله انگلیسی: PDF
وضعیت ترجمه: ترجمه نشده است
قیمت مقاله انگلیسی: رایگان
آیا این مقاله بیس است: خیر
آیا این مقاله مدل مفهومی دارد: ندارد
آیا این مقاله پرسشنامه دارد: ندارد
آیا این مقاله متغیر دارد: دارد
آیا این مقاله فرضیه دارد: ندارد
کد محصول: E16205
رفرنس: دارای رفرنس در داخل متن و انتهای مقاله
نوع رفرنس دهی: vancouver
فهرست مطالب (ترجمه)

چکیده

مقدمه

آزمایش

نتایج

بحث

نتیجه گیری

منابع

فهرست مطالب (انگلیسی)

Abstract

Introduction

Experiment

Results

Discussion

Conclusions

References

بخشی از مقاله (ترجمه ماشینی)

چکیده

     در سیستم‌های اینترنت اشیا (IoT) نورومورفیک تعبیه‌شده، بهبود کارایی دستگاه‌های لبه شبکه عصبی (NN) در استنباط یک NN از پیش آموزش‌دیده بسیار مهم است. در همین حال، در الگوی محاسبات لبه، یکپارچه سازی دستگاه، ویژگی های حفظ داده ها و مصرف انرژی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مقاله، دستگاه خود انتخابی (SSD)، که سلول پایه برای ساخت متراکم‌ترین معماری سه‌بعدی (3D) است، برای ذخیره وزن‌های غیرفرار در شبکه‌های عصبی باینری (BNN) برای کاربردهای NN تعبیه‌شده استفاده می‌شود. با توجه به اینکه مسائل رایج در نگهداری داده های مکتوب روی دستگاه می تواند بر بهره وری انرژی عملکرد سیستم تأثیر بگذارد، مکانیسم از دست دادن داده سلول خود انتخاب شده روشن می شود. بر این اساس، ما یک روش بهینه را برای حفظ یون های اکسیژن و جلوگیری از انتشار آنها به سمت لایه سوئیچینگ با معرفی یک لایه سطحی تیتانیوم معرفی می کنیم. با استفاده از این بهینه‌سازی، احتمال نوترکیبی یون‌های Vo و اکسیژن کاهش می‌یابد و به طور موثر ویژگی‌های نگهداری دستگاه را بهبود می‌بخشد. اثر بهینه‌سازی با استفاده از یک شبیه‌سازی پس از نگاشت وزن‌های BNN به آرایه VRRAM سه بعدی ساخته شده توسط SSD قبل و بعد از بهینه‌سازی تأیید می‌شود. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که دقت تشخیص بلند مدت (بیش از 105 ثانیه) BNN از قبل آموزش‌دیده شده تا 24 درصد بهبود یافته است و مصرف انرژی سیستم در حین تمرین می‌تواند 25000 برابر کاهش یابد و در عین حال از دقت یکسان اطمینان حاصل شود. این کار چگالی ذخیره‌سازی بالا و راه‌حلی غیرفرار را برای برآورده کردن نیازهای مصرف انرژی کم و کوچک‌سازی کاربردهای نورومورفیک تعبیه‌شده فراهم می‌کند.

توجه! این متن ترجمه ماشینی بوده و توسط مترجمین ای ترجمه، ترجمه نشده است.

بخشی از مقاله (انگلیسی)

Abstract

     In embedded neuromorphic Internet of Things (IoT) systems, it is critical to improve the efficiency of neural network (NN) edge devices in inferring a pretrained NN. Meanwhile, in the paradigm of edge computing, device integration, data retention characteristics and power consumption are particularly important. In this paper, the self-selected device (SSD), which is the base cell for building the densest three-dimensional (3D) architecture, is used to store non-volatile weights in binary neural networks (BNN) for embedded NN applications. Considering that the prevailing issues in written data retention on the device can affect the energy efficiency of the system’s operation, the data loss mechanism of the self-selected cell is elucidated. On this basis, we introduce an optimized method to retain oxygen ions and prevent their diffusion toward the switching layer by introducing a titanium interfacial layer. By using this optimization, the recombination probability of Vo and oxygen ions is reduced, effectively improving the retention characteristics of the device. The optimization effect is verified using a simulation after mapping the BNN weights to the 3D VRRAM array constructed by the SSD before and after optimization. The simulation results showed that the long-term recognition accuracy (greater than 105 s) of the pre-trained BNN was improved by 24% and that the energy consumption of the system during training can be reduced 25,000-fold while ensuring the same accuracy. This work provides high storage density and a non-volatile solution to meet the low power consumption and miniaturization requirements of embedded neuromorphic applications.

Introduction

     Energy is a crucial resource for smart devices in the Internet of Things (IoT), as most applications are powered by batteries or use energy-harvesting techniques [1–4]. Because of this, energy-efficient artificial intelligence technologies are becoming increasingly important for the IoT. Since Deep Neural Networks (DNNs) require a high bandwidth, large memory capacity, and large power consumption, running DNNs on target embedded systems and mobile devices has become a challenge [5–10]. In comparison, Binarized Neural Networks (BNN) can significantly reduce computational complexity and memory consumption while having satisfactory accuracy on various image datasets [11]. In embedded IoT systems, neural networks must be able to perform pre-trained cognitive tasks in an efficient way. In this case, the weights of the trained neural network should remain unchanged and only limited in-field updates should be performed. Currently, the resource consumption by add-ons has become a limitation in memristor-based analog computing in memory systems. Analog designs require additional circuits, such as analog-to-digital and digital-to-analog converters, to fight against undesirable device properties.

Results

     Electrical tests were performed in the previously fabricated 3D VRRAM arrays. Figure 1d shows the I–V curves of the device with the Ti interfacial layer (DWT) and without the Ti interfacial layer (DOT). Both devices exhibit typical bipolar characteristics. The parameters are clearly defined in Figure 1d. The DOT switched from an LCS to an HCS when a voltage of +6V was applied to the TE. However, this programming voltage was decreased to +5V for the DWT when an interfacial layer was used. To ensure that the resistance state of the device was not affected, the read voltages for the DOT and the DWT were chosen to be 2 V and 1.5 V, respectively. The on/off ratios collected from 20 different devices are shown in Figure 1e. It can be seen that the on/off ratio for the DWT was 1 order higher than that of the DOT, primarily due to the increased resistance of the low-resistance state, which is consistent with the I–V characteristics in Figure 1d. The nonlinear ratio (NR) is defined as the ratio of the currents at Vread and 1/2Vread. As shown in Figure 1e, the NR for the DOT was calculated from the currents at 2 V and 1 V, while for DWT, the NR was calculated at 1.5 V and 0.75 V. The nonlinearity of the DWT device was smaller than that of the DOT device. Therefore, the integration scale will be sacrificed when the SSD is integrated into a 3D architecture.