Deep Learning neural networks are pervasive, but traditional computer architectures are reaching the limits of being able to efficiently execute them for the large workloads of today. They are limited by the von Neumann bottleneck: the high cost in energy and latency incurred in moving data between memory and the compute engine. Today, special CMOS designs address this bottleneck. The next generation of computing hardware will need to eliminate or dramatically mitigate this bottleneck. We discuss how compute-in-memory can play an important part in this development. Here, a non-volatile memory based cross-bar architecture forms the heart of an engine that uses an analog process to parallelize the matrix vector multiplication operation, repeatedly used in all neural network workloads. The cross-bar architecture, at times referred to as a neuromorphic approach, can be a key hardware element in future computing machines. In the first part of this review we take a co-design view of the design constraints and the demands it places on the new materials and memory devices that anchor the cross-bar architecture. In the second part, we review what is knows about the different new non-volatile memory materials and devices suited for compute in-memory, and discuss the outlook and challenges.


翻译:深深学习神经网络是普遍存在的, 但传统的计算机结构正在达到极限, 能够高效地执行它们, 以完成今天的庞大工作量。 它们受到 von Neumann 瓶颈的限制: 在存储器和计算引擎之间移动数据过程中产生的高能量和延迟成本。 今天, 特殊的 CMOS 设计可以解决这一瓶颈问题。 下一代计算机硬件需要消除或大幅缓解这一瓶颈问题。 我们讨论的是, 如何在这种发展中计算元件, 如何在这个发展中扮演重要角色。 在这里, 一个非挥发性记忆的跨栏结构构成了一个引擎的心脏, 它使用模拟程序将矩阵矢量的倍增操作平行化, 在所有神经网络工作量中反复使用。 跨栏结构, 有时被称为神经形态方法, 可以成为未来计算机机器中的关键硬件要素。 在本次审查的第一部分, 我们共同设计设计制约, 以及它给支撑跨栏结构的新材料和记忆装置带来的要求。 在第二部分, 我们审查关于不同新不动态的、 不变化的存储器和适应性存储器中, 我们审视了什么是新的非动态的。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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