Spiking Neural Networks (SNN) are a class of bio-inspired neural networks that promise to bring low-power and low-latency inference to edge devices through asynchronous and sparse processing. However, being temporal models, SNNs depend heavily on expressive states to generate predictions on par with classical artificial neural networks (ANNs). These states converge only after long transient periods, and quickly decay without input data, leading to higher latency, power consumption, and lower accuracy. This work addresses this issue by initializing the state with an auxiliary ANN running at a low rate. The SNN then uses the state to generate predictions with high temporal resolution until the next initialization phase. Our hybrid ANN-SNN model thus combines the best of both worlds: It does not suffer from long state transients and state decay thanks to the ANN, and can generate predictions with high temporal resolution, low latency, and low power thanks to the SNN. We show for the task of event-based 2D and 3D human pose estimation that our method consumes 88% less power with only a 4% decrease in performance compared to its fully ANN counterparts when run at the same inference rate. Moreover, when compared to SNNs, our method achieves a 74% lower error. This research thus provides a new understanding of how ANNs and SNNs can be used to maximize their respective benefits.


翻译:脉冲神经网络(SNN)是一类生物启发型神经网络,通过异步和稀疏处理,承诺为边缘设备带来低功耗和低延迟的推理。然而,作为时间模型,SNNs 在状态表达上依赖性较强,只有在长时间的瞬态期之后才会收敛,很快在没有输入数据的情况下衰减,导致较高的延迟、功耗和较低的精度。本文通过在低速运行的辅助ANN中初始化状态来解决这个问题,随后,SNN使用该状态以高时间分辨率生成预测,直到下一次初始化阶段。因此,我们的混合ANN-SNN模型结合了两种模型的优点:由于ANN,它不会受到长时间状态瞬变和状态衰减的影响,而且由于SNN,它可以以高时间分辨率、低延迟和低功耗生成预测。我们展示了对于基于事件的二维和三维人体姿势估计任务,当在相同推理速度下进行运行时,我们的方法与完全的ANN相比,消耗的能量少了88%,性能仅降低了4%。此外,与SNN相比,我们的方法能够实现74%的误差降低。因此,本研究提供了深层次理解如何使用ANN和SNN来最大化它们的各自优势。

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