Hyperdimensional computing (HDC) is an emerging computing paradigm that represents, manipulates, and communicates data using very long random vectors (aka hypervectors). Among different hardware platforms capable of executing HDC algorithms, in-memory computing (IMC) systems have been recently proved to be one of the most energy-efficient options, due to hypervector manipulations in the memory itself that reduces data movement. Although implementations of HDC on single IMC cores have been made, their parallelization is still unresolved due to the communication challenges that these novel architectures impose and that traditional Networks-on-Chip and Networks-in-Package were not designed for. To cope with this difficulty, we propose the use of wireless on-chip communication technology in unique ways. We are particularly interested in physically distributing a large number of IMC cores performing similarity search across a chip, and maintaining the classification accuracy when each of which is queried with a slightly different version of a bundled hypervector. To achieve it, we introduce a novel over-the-air computing that consists of defining different binary decision regions in the receivers so as to compute the logical majority operation (i.e., bundling, or superposition) required in HDC. It introduces moderate overheads of a single antenna and receiver per IMC core. By doing so, we achieve a joint broadcast distribution and computation with a performance and efficiency unattainable with wired interconnects, which in turn enables massive parallelization of the architecture. It is demonstrated that the proposed approach allows to both bundle at least three hypervectors and scale similarity search to 64 IMC cores seamlessly, while incurring an average bit error ratio of 0.01 without any impact in the accuracy of a generic HDC-based classifier working with 512-bit vectors.


翻译:超度计算( HDC) 是新兴的计算模式, 代表、 操作和交流使用非常长随机矢量的数据。 在能够执行 HDC 算法的不同硬件平台中, 模拟计算( IMC) 系统最近被证明是最节能的选项之一, 原因是内存本身的超速操作减少了数据移动。 虽然在单个 IMC 核心上实施了 HDC, 但它们的平行化仍未解决, 因为这些新结构带来的通信挑战, 以及传统的网络在线和网络在软件包中没有设计。 为了应对这一困难, 我们提议使用无线网络计算算法, 模拟计算( IMC ) 系统内部计算( IMC ) 系统内部计算( IMC ), 实际分配大量 IMC 核心的类似搜索, 从而减少数据移动数据流动。 为了达到IMB 和 IMC 机头机尾部的运行效率, 并且 运行一个直线性机尾部的运行, 将一个直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径。

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