Deep neural networks (DNNs) have substantial computational requirements, which greatly limit their performance in resource-constrained environments. Recently, there are increasing efforts on optical neural networks and optical computing based DNNs hardware, which bring significant advantages for deep learning systems in terms of their power efficiency, parallelism and computational speed. Among them, free-space diffractive deep neural networks (D$^2$NNs) based on the light diffraction, feature millions of neurons in each layer interconnected with neurons in neighboring layers. However, due to the challenge of implementing reconfigurability, deploying different DNNs algorithms requires re-building and duplicating the physical diffractive systems, which significantly degrades the hardware efficiency in practical application scenarios. Thus, this work proposes a novel hardware-software co-design method that enables robust and noise-resilient Multi-task Learning in D$^2$NNs. Our experimental results demonstrate significant improvements in versatility and hardware efficiency, and also demonstrate the robustness of proposed multi-task D$^2$NN architecture under wide noise ranges of all system components. In addition, we propose a domain-specific regularization algorithm for training the proposed multi-task architecture, which can be used to flexibly adjust the desired performance for each task.


翻译:深神经网络(DNNS)具有大量的计算要求,大大限制了其在资源紧张环境中的性能。最近,在光线神经网络和基于光计算DNNS的硬件方面做出了越来越多的努力,这给深层学习系统带来巨大的动力效率、平行性和计算速度方面的优势。其中,基于轻度分解的空空多功能深神经网络(D$2$NNS),每个层中数百万个神经元与周边神经元相连接。然而,由于实施可调整性的挑战,不同的DNNS算法需要重建并重复物理的硬硬化系统,这些系统大大降低了实际应用情景中的硬件效率。因此,这项工作提出了一个新的硬件软件联合设计方法,使D%2NS能够以轻度分解为单位进行强健且耐噪的多功能学习。我们的实验结果表明,在多功能和硬件效率方面都取得了显著的改进,同时,还表明拟议的多任务D$2NNNS算法结构的稳健性,在广泛噪音范围内,我们可以提出用于所有系统常规结构的每个具体要求。

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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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