The increasing interest in TinyML, i.e., near-sensor machine learning on power budgets of a few tens of mW, is currently pushing toward enabling TinyML-class training as opposed to inference only. Current training algorithms, based on various forms of error and gradient backpropagation, rely on floating-point matrix operations to meet the precision and dynamic range requirements. So far, the energy and power cost of these operations has been considered too high for TinyML scenarios. This paper addresses the open challenge of near-sensor training on a few mW power budget and presents RedMulE - Reduced-Precision Matrix Multiplication Engine, a low-power specialized accelerator conceived for multi-precision floating-point General Matrix-Matrix Operations (GEMM-Ops) acceleration, supporting FP16, as well as hybrid FP8 formats, with {sign, exponent, mantissa}=({1,4,3}, {1,5,2}). We integrate RedMule into a Parallel Ultra-Low-Power (PULP) cluster containing eight energy-efficient RISC-V cores sharing a tightly-coupled data memory and implement the resulting system in a 22 nm technology. At its best efficiency point (@ 470 MHz, 0.65 V), the RedMulE-augmented PULP cluster achieves 755 GFLOPS/W and 920 GFLOPS/W during regular General Matrix-Matrix Multiplication (GEMM), and up to 1.19 TFLOPS/W and 1.67 TFLOPS/W when executing GEMM-Ops, respectively, for FP16 and FP8 input/output tensors. In its best performance point (@ 613 MHz, 0.8 V), RedMulE achieves up to 58.5 GFLOPS and 117 GFLOPS for FP16 and FP8, respectively, with 99.4% utilization of the array of Computing Elements and consuming less than 60 mW on average, thus enabling on-device training of deep learning models in TinyML application scenarios while retaining the flexibility to tackle other classes of common linear algebra problems efficiently.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

神经网络数学基础,45页ppt
专知会员服务
81+阅读 · 2023年5月7日
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
73+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
25+阅读 · 2021年4月2日
专知会员服务
42+阅读 · 2020年12月18日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
71+阅读 · 2020年8月2日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
SIGIR2019 接收论文列表
专知
18+阅读 · 2019年4月20日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
VIP会员
相关VIP内容
神经网络数学基础,45页ppt
专知会员服务
81+阅读 · 2023年5月7日
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
73+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
25+阅读 · 2021年4月2日
专知会员服务
42+阅读 · 2020年12月18日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
71+阅读 · 2020年8月2日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
SIGIR2019 接收论文列表
专知
18+阅读 · 2019年4月20日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员