文档名：概率计算及混合概率计算
摘要：非位置概率数的计算机制已经成为边缘计算片上系统的新范式.本文介绍了概率计算(stochasticcom-puting)的起源、发展和目前国内外的研究现状.针对传统概率计算存在诸如计算时延长、脉冲串信息携带效率低等问题,本文提出了二进制数-概率脉冲串混合编码的混合概率数概念,并从数的表示机理上阐释了二进制数、概率数和混合概率数的数理关系,进而揭示了混合概率计算所具备的低时延、高算力和高能效比的计算特点.本文基于40nmCMOS工艺设计混合概率深度神经网络,该神经网络芯片在内核面积仅0.73mm×0.73mm的条件下,设计4544个乘累加(MAC)单元.在时钟频率400MHz条件下,总功率为102.3mW,其中动态功耗仅97μW.通过ASIC芯片的实验测试表明,混合概率计算作为一种全新的颠覆性计算范式,与其他确定性、可扩展和全并行等概率计算方案相比,其能效比分别提高了50倍、2.5倍和3.26倍.
Abstract：Thecalculationprincipleofnon-positionalstochasticnumber(SN)isapromisingtechniqueforrealizinghigh-performancecomputingowingtoitsextremelylowhardwarecost.Thispaperintroducesdetaillytheorigin,develop-mentprocessandthedomesticandforeigndevelopmentpresentsituation.However,adisadvantageofstochasticbitstreamisthatthecomputinglatency,andinformation-carryingefficiencyandsoon.Wepresentedahybridstochasticcomputing(HSC)basedonahybridbitstreamtosolvetheseproblems,whichachievesalowerhardwarecost,betteraccuracy,andfast-erspeed.TheHSCneuralnetworksisfabricatedby40nmlow-powerCMOSprocess,withacoreareaof0.73mm×0.73mm,powerof102.3mWandclockof400MHz,whichhas4544multiplyandaccumulation(MAC).TheproposedHybridstochasticcomputingistestedbyFPGAandASIC.Comparedwithotherstochasticcomputingmethod,themethodproposedgains50×,2.5×,and3.26×energyefficiencythanothermethodsoftraditionalstochasticcomputing.
作者：李洪革 陈宇昊 吴俊毅 宋印杰 朱新宇Author：LIHong-ge CHENYu-hao WUJun-yi SONGYin-jie ZHUXin-yu
作者单位：北京航空航天大学电子信息工程学院,北京市100191
刊名：电子学报
Journal：ActaElectronicaSinica
年，卷(期)：2024, 52(2)
分类号：TP391
关键词：概率数 概率计算 混合概率数 混合概率计算 深度神经网络 能效 算力
Keywords：stochasticnumber stochasticcomputing hybridstochasticnumber hybridstochasticcomputing deepneuralnetwork energyefficiency computingperformance
机标分类号：TP301.6TN402TP183
在线出版日期：2024年4月19日
基金项目：概率计算及混合概率计算[
期刊论文] 电子学报--2024, 52(2)李洪革 陈宇昊 吴俊毅 宋印杰 朱新宇非位置概率数的计算机制已经成为边缘计算片上系统的新范式.本文介绍了概率计算(stochasticcom-puting)的起源、发展和目前国内外的研究现状.针对传统概率计算存在诸如计算时延长、脉冲串信息携带效率低等问题,本文提出了...参考文献和引证文献
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