Deep learning, a multi-layered neural network approach inspired by the brain, has revolutionized machine learning. One of its key enablers has been backpropagation, an algorithm that computes the gradient of a loss function with respect to the weights in the neural network model, in combination with its use in gradient descent. However, the implementation of deep learning in digital computers is intrinsically wasteful, with energy consumption becoming prohibitively high for many applications. This has stimulated the development of specialized hardware, ranging from neuromorphic CMOS integrated circuits and integrated photonic tensor cores to unconventional, material-based computing systems. The learning process in these material systems, taking place, e.g., by artificial evolution or surrogate neural network modelling, is still a complicated and time-consuming process. Here, we demonstrate an efficient and accurate homodyne gradient extraction method for performing gradient descent on the loss function directly in the material system. We demonstrate the method in our recently developed dopant network processing units, where we readily realize all Boolean gates. This shows that gradient descent can in principle be fully implemented in materio using simple electronics, opening up the way to autonomously learning material systems.


翻译:深层学习是一种由大脑启发的多层次神经网络方法,它已经使机器的学习发生了革命性的变化。它的关键助推器之一是反向适应,这种算法计算了神经网络模型重量损失函数的梯度,同时将其用于梯度下降。然而,在数字计算机中进行深层学习本质上是浪费的,对许多应用而言,能源消耗变得令人望而却步。这刺激了专门硬件的开发,从神经形态的CMOS集成电路和集成光感应核到非常规的、基于材料的计算机系统。这些材料系统中的学习过程,例如人工进化或超导神经网络建模,仍然是一个复杂和耗时的过程。在这里,我们展示了一种高效和准确的同性梯度梯度提取方法,用于直接在材料系统的损失函数上进行梯度下降。我们展示了我们最近开发的depant网络处理器的方法,在那里我们很容易了解所有的Boolean门。这显示,在原则上,通过简单的电子学习系统,可以完全地在交替中进行。

0
下载
关闭预览

相关内容

损失函数,在AI中亦称呼距离函数,度量函数。此处的距离代表的是抽象性的,代表真实数据与预测数据之间的误差。损失函数(loss function)是用来估量你模型的预测值f(x)与真实值Y的不一致程度,它是一个非负实值函数,通常使用L(Y, f(x))来表示,损失函数越小,模型的鲁棒性就越好。损失函数是经验风险函数的核心部分,也是结构风险函数重要组成部分。
专知会员服务
44+阅读 · 2020年10月31日
专知会员服务
60+阅读 · 2020年3月19日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
30+阅读 · 2019年10月17日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
Yoshua Bengio,使算法知道“为什么”
专知会员服务
7+阅读 · 2019年10月10日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
Ray RLlib: Scalable 降龙十八掌
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月28日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
分布式TensorFlow入门指南
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年11月28日
【推荐】用Python/OpenCV实现增强现实
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年11月16日
已删除
将门创投
3+阅读 · 2017年10月27日
【推荐】树莓派/OpenCV/dlib人脸定位/瞌睡检测
机器学习研究会
9+阅读 · 2017年10月24日
【推荐】深度学习目标检测全面综述
机器学习研究会
21+阅读 · 2017年9月13日
【推荐】深度学习目标检测概览
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月1日
【推荐】图像分类必读开创性论文汇总
机器学习研究会
14+阅读 · 2017年8月15日
Arxiv
0+阅读 · 2021年7月10日
Arxiv
5+阅读 · 2021年2月15日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
Ray RLlib: Scalable 降龙十八掌
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月28日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
分布式TensorFlow入门指南
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年11月28日
【推荐】用Python/OpenCV实现增强现实
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年11月16日
已删除
将门创投
3+阅读 · 2017年10月27日
【推荐】树莓派/OpenCV/dlib人脸定位/瞌睡检测
机器学习研究会
9+阅读 · 2017年10月24日
【推荐】深度学习目标检测全面综述
机器学习研究会
21+阅读 · 2017年9月13日
【推荐】深度学习目标检测概览
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月1日
【推荐】图像分类必读开创性论文汇总
机器学习研究会
14+阅读 · 2017年8月15日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员