Bayesian Neural Networks (BNNs) provide superior estimates of uncertainty by generating an ensemble of predictive distributions. However, inference via ensembling is resource-intensive, requiring additional entropy sources to generate stochasticity which increases resource consumption. We introduce Bayes2IMC, an in-memory computing (IMC) architecture designed for binary Bayesian neural networks that leverage nanoscale device stochasticity to generate desired distributions. Our novel approach utilizes Phase-Change Memory (PCM) to harness inherent noise characteristics, enabling the creation of a binary neural network. This design eliminates the necessity for a pre-neuron Analog-to-Digital Converter (ADC), significantly improving power and area efficiency. We also develop a hardware-software co-optimized correction method applied solely on the logits in the final layer to reduce device-induced accuracy variations across deployments on hardware. Additionally, we devise a simple compensation technique that ensures no drop in classification accuracy despite conductance drift of PCM. We validate the effectiveness of our approach on the CIFAR-10 dataset with a VGGBinaryConnect model, achieving accuracy metrics comparable to ideal software implementations as well as results reported in the literature using other technologies. Finally, we present a complete core architecture and compare its projected power, performance, and area efficiency against an equivalent SRAM baseline, showing a $3.8$ to $9.6 \times$ improvement in total efficiency (in GOPS/W/mm$^2$) and a $2.2 $ to $5.6 \times$ improvement in power efficiency (in GOPS/W). In addition, the projected hardware performance of Bayes2IMC surpasses that of most of the BNN architectures based on memristive devices reported in the literature, and achieves up to $20\%$ higher power efficiency compared to the state-of-the-art.


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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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