Neural networks (NNs) with intensive multiplications (e.g., convolutions and transformers) are capable yet power hungry, impeding their more extensive deployment into resource-constrained devices. As such, multiplication-free networks, which follow a common practice in energy-efficient hardware implementation to parameterize NNs with more efficient operators (e.g., bitwise shifts and additions), have gained growing attention. However, multiplication-free networks usually under-perform their vanilla counterparts in terms of the achieved accuracy. To this end, this work advocates hybrid NNs that consist of both powerful yet costly multiplications and efficient yet less powerful operators for marrying the best of both worlds, and proposes ShiftAddNAS, which can automatically search for more accurate and more efficient NNs. Our ShiftAddNAS highlights two enablers. Specifically, it integrates (1) the first hybrid search space that incorporates both multiplication-based and multiplication-free operators for facilitating the development of both accurate and efficient hybrid NNs; and (2) a novel weight sharing strategy that enables effective weight sharing among different operators that follow heterogeneous distributions (e.g., Gaussian for convolutions vs. Laplacian for add operators) and simultaneously leads to a largely reduced supernet size and much better searched networks. Extensive experiments and ablation studies on various models, datasets, and tasks consistently validate the efficacy of ShiftAddNAS, e.g., achieving up to a +7.7% higher accuracy or a +4.9 better BLEU score compared to state-of-the-art NN, while leading to up to 93% or 69% energy and latency savings, respectively. Codes and pretrained models are available at https://github.com/RICE-EIC/ShiftAddNAS.


翻译:具有密集倍增效应(例如,变压和变压器)的神经网络(NNs)有能力,但又缺乏电力,阻碍了它们被更广泛地部署到资源限制的装置中。因此,在节能硬件实施方面遵循一种常见做法的无倍化网络,将NNS与效率更高的操作者(例如,微微变换和添加)相匹配。然而,无倍化网络通常在达到的准确性方面表现不足其香草对等。为此,这项工作倡导混合式网络,既包括强大但代价高昂的倍增,又包括效率更低的精度操作者,以迎合两个世界的最佳对象。因此,SWorldAddNAS可以自动搜索更准确、更高效的NNNUS。具体地说,它整合了第一个混合搜索空间,其中既包括基于倍增法又无倍化的操作者,以促进精确和高效的混合的 NNNS的开发。此外,S的重量共享战略使得不同操作者之间能够有效地分享重量,在混合流流流分配过程中, 高压和翻翻版的服务器上,使Le-lifal的服务器的服务器的服务器进行。

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