Recently, automated co-design of machine learning (ML) models and accelerator architectures has attracted significant attention from both the industry and academia. However, most co-design frameworks either explore a limited search space or employ suboptimal exploration techniques for simultaneous design decision investigations of the ML model and the accelerator. Furthermore, training the ML model and simulating the accelerator performance is computationally expensive. To address these limitations, this work proposes a novel neural architecture and hardware accelerator co-design framework, called CODEBench. It is composed of two new benchmarking sub-frameworks, CNNBench and AccelBench, which explore expanded design spaces of convolutional neural networks (CNNs) and CNN accelerators. CNNBench leverages an advanced search technique, BOSHNAS, to efficiently train a neural heteroscedastic surrogate model to converge to an optimal CNN architecture by employing second-order gradients. AccelBench performs cycle-accurate simulations for a diverse set of accelerator architectures in a vast design space. With the proposed co-design method, called BOSHCODE, our best CNN-accelerator pair achieves 1.4% higher accuracy on the CIFAR-10 dataset compared to the state-of-the-art pair, while enabling 59.1% lower latency and 60.8% lower energy consumption. On the ImageNet dataset, it achieves 3.7% higher Top1 accuracy at 43.8% lower latency and 11.2% lower energy consumption. CODEBench outperforms the state-of-the-art framework, i.e., Auto-NBA, by achieving 1.5% higher accuracy and 34.7x higher throughput, while enabling 11.0x lower energy-delay product (EDP) and 4.0x lower chip area on CIFAR-10.


翻译:最近,机器学习模型和加速器结构的自动化共同设计引起了业界和学术界的极大关注。然而,大多数共同设计框架要么探索有限的搜索空间,要么采用亚最佳探索技术,同时对ML模型和加速器进行设计决策调查。此外,培训ML模型和模拟加速器性能的计算成本很高。为解决这些局限性,这项工作提出了一个新的神经架构和硬件加速器共同设计框架,称为CODEBench。它由两个新的基准子框架组成:CNN Bench和AccelBench,它们探索了革命神经网络和CNN加速器同时进行设计决策调查的扩展空间。此外,CNN Bench利用高级搜索技术,BOSHNAS, 高效地训练一个神经螺旋螺旋探空基模型,通过使用二阶梯度梯度区域,更低的NAFNC结构, 更低的LARC-8, 更低的REVA-O-DO, 更低的C-NC-ODO-DO, 更低的C-ODO-OD-OFI 和最高级的C-ODREDFER-C-C-C-C-NEDRD-C-C-C-C-C-ILODRD-ID-ID-ID-NDFDFD-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-I-I-NC-ND-I-NC-NC-ND-C-C-ID-ID-ND-NFD-NFD-NFD-NFD-C-C-C-C-ND-N-ND-ND-ND-C-N-ND-N-N-N-N-N-I-N-ND-ND-ND-ND-NDFDFDFD-ND-ND-ND-ND-ND-ND-ND-ND-ND-ND-N-ND-ND-ND-ND-ND-ND-ND-ND-ND-ND-ND-ND-

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