Neuromorphic computing systems are embracing memristors to implement high density and low power synaptic storage as crossbar arrays in hardware. These systems are energy efficient in executing Spiking Neural Networks (SNNs). We observe that long bitlines and wordlines in a memristive crossbar are a major source of parasitic voltage drops, which create current asymmetry. Through circuit simulations, we show the significant endurance variation that results from this asymmetry. Therefore, if the critical memristors (ones with lower endurance) are overutilized, they may lead to a reduction of the crossbar's lifetime. We propose eSpine, a novel technique to improve lifetime by incorporating the endurance variation within each crossbar in mapping machine learning workloads, ensuring that synapses with higher activation are always implemented on memristors with higher endurance, and vice versa. eSpine works in two steps. First, it uses the Kernighan-Lin Graph Partitioning algorithm to partition a workload into clusters of neurons and synapses, where each cluster can fit in a crossbar. Second, it uses an instance of Particle Swarm Optimization (PSO) to map clusters to tiles, where the placement of synapses of a cluster to memristors of a crossbar is performed by analyzing their activation within the workload. We evaluate eSpine for a state-of-the-art neuromorphic hardware model with phase-change memory (PCM)-based memristors. Using 10 SNN workloads, we demonstrate a significant improvement in the effective lifetime.


翻译:神经地貌计算系统正在拥抱模量器, 以实施高密度和低功率合成存储, 作为硬件中的交叉条格阵列。 这些系统在实施 Spiking神经网络( SNNS) 中具有节能效率。 我们观察到, 中间十字栏中的长位线和字线是寄生虫电压下降的一个主要来源, 造成当前不对称。 通过电路模拟, 我们显示了这种不对称所导致的显著耐力变化。 因此, 如果关键分子( 低耐力的分子) 过度使用, 它们可能导致跨条的寿命缩短。 我们建议 eSpine, 一种通过在绘制机器学习工作量的每个交叉栏中加入耐力变化来改善生命期的新技术。 确保在具有更高耐力的模量上, 反之亦如此。 espine 模型在两步中工作。 首先, 它使用基于Kernighanghan- Linalal 校程校正校程算法将工作量分成神经和empbar 的阵列的阵列。 我们建议 eSpine- simstal seal 阶段使用每个阵列的阵列的Snal- slieval- sliction 。

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