Neuromorphic neural network processors, in the form of compute-in-memory crossbar arrays of memristors, or in the form of subthreshold analog and mixed-signal ASICs, promise enormous advantages in compute density and energy efficiency for NN-based ML tasks. However, these technologies are prone to computational non-idealities, due to process variation and intrinsic device physics. This degrades the task performance of networks deployed to the processor, by introducing parameter noise into the deployed model. While it is possible to calibrate each device, or train networks individually for each processor, these approaches are expensive and impractical for commercial deployment. Alternative methods are therefore needed to train networks that are inherently robust against parameter variation, as a consequence of network architecture and parameters. We present a new adversarial network optimisation algorithm that attacks network parameters during training, and promotes robust performance during inference in the face of parameter variation. Our approach introduces a regularization term penalising the susceptibility of a network to weight perturbation. We compare against previous approaches for producing parameter insensitivity such as dropout, weight smoothing and introducing parameter noise during training. We show that our approach produces models that are more robust to targeted parameter variation, and equally robust to random parameter variation. Our approach finds minima in flatter locations in the weight-loss landscape compared with other approaches, highlighting that the networks found by our technique are less sensitive to parameter perturbation. Our work provides an approach to deploy neural network architectures to inference devices that suffer from computational non-idealities, with minimal loss of performance. ...


翻译:神经神经神经网络处理器,其形式是计算以分子为模数的中间截面阵列,或以基点模拟和混合信号型ASIC为形式,在计算基于NN ML任务的密度和能效方面带来巨大优势。然而,这些技术容易因程序变化和内在装置物理学而导致计算非理想性。这通过在部署的模型中引入参数噪音,降低在处理器中部署的网络的任务性能。尽管有可能为每个处理器单独校准每个装置或培训网络,但这些方法对于商业部署来说是昂贵的和不切实际的。因此,需要采用其他方法来培训网络,这些网络在计算密度和能源效率时具有内在的活力和能源效率。我们提出了一个新的对抗性网络优化算法,在培训期间攻击网络参数参数参数参数参数参数,并在参数变异异时促进稳健的性。我们的方法引入了一个正规化术语,将网络的易感触摸到重量。我们以前采用的参数变异性比比方法,例如辍学、权重、平滑度、平滑度和标度性变的网络,在培训期间,我们采用的是更稳健的变动法。

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