Autonomous mobile agents require low-power/energy-efficient machine learning (ML) algorithms to complete their ML-based tasks while adapting to diverse environments, as mobile agents are usually powered by batteries. These requirements can be fulfilled by Spiking Neural Networks (SNNs) as they offer low power/energy processing due to their sparse computations and efficient online learning with bio-inspired learning mechanisms for adapting to different environments. Recent works studied that the energy consumption of SNNs can be optimized by reducing the computation time of each neuron for processing a sequence of spikes (timestep). However, state-of-the-art techniques rely on intensive design searches to determine fixed timestep settings for only inference, thereby hindering SNNs from achieving further energy efficiency gains in both training and inference. These techniques also restrict SNNs from performing efficient online learning at run time. Toward this, we propose TopSpark, a novel methodology that leverages adaptive timestep reduction to enable energy-efficient SNN processing in both training and inference, while keeping its accuracy close to the accuracy of SNNs without timestep reduction. The ideas of TopSpark include analyzing the impact of different timesteps on the accuracy; identifying neuron parameters that have a significant impact on accuracy in different timesteps; employing parameter enhancements that make SNNs effectively perform learning and inference using less spiking activity; and developing a strategy to trade-off accuracy, latency, and energy to meet the design requirements. The results show that, TopSpark saves the SNN latency by 3.9x as well as energy consumption by 3.5x for training and 3.3x for inference on average, across different network sizes, learning rules, and workloads, while maintaining the accuracy within 2% of SNNs without timestep reduction.


翻译:自主移动剂需要低功率/节能机器学习(ML)算法来完成基于ML的任务,同时适应不同的环境,因为移动剂通常由电池驱动。这些要求可以通过Spiking神经网络(SNNIS)满足,因为它们提供低电/能源处理,因为它们的计算方法稀少,并且通过生物激励型学习机制进行高效在线学习,以适应不同的环境。最近的研究研究认为,SNNP的能源消耗可以通过减少每个神经元的计算时间来优化,用于处理一系列的峰值(时间步骤),然而,最先进的技术依靠密集的设计搜索来确定固定的定时步设置,仅用于推断,从而阻碍SNNNW网络(SNNNIS)在培训和推价方面进一步提高能源效率。 为此,我们建议TopSpark采用一种新型方法,即利用适应性时间步骤减少时间步骤,用于培训和推导,同时将其准确性精确度保持在SNNS的准确度上,在不精确度上保持精确度,在SNEX的精确度上,在Stal Stampx的精确度上,在使用不同时间值上运用Slimal Stal Stampal DE 动作中进行影响分析,在不同的设计中进行不同的计算,在不同的计算中进行不同的精确度上进行不同的计算。</s>

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