Deep neural networks unlocked a vast range of new applications by solving tasks of which many were previouslydeemed as reserved to higher human intelligence. One of the developments enabling this success was a boost incomputing power provided by special purpose hardware, such as graphic or tensor processing units. However,these do not leverage fundamental features of neural networks like parallelism and analog state variables.Instead, they emulate neural networks relying on computing power, which results in unsustainable energyconsumption and comparatively low speed. Fully parallel and analogue hardware promises to overcomethese challenges, yet the impact of analogue neuron noise and its propagation, i.e. accumulation, threatensrendering such approaches inept. Here, we analyse for the first time the propagation of noise in paralleldeep neural networks comprising noisy nonlinear neurons. We develop an analytical treatment for both,symmetric networks to highlight the underlying mechanisms, and networks trained with back propagation.We find that noise accumulation is generally bound, and adding additional network layers does not worsenthe signal to noise ratio beyond this limit. Most importantly, noise accumulation can be suppressed entirelywhen neuron activation functions have a slope smaller than unity. We therefore developed the frameworkfor noise of deep neural networks implemented in analog systems, and identify criteria allowing engineers todesign noise-resilient novel neural network hardware.


翻译:深心神经网络通过解决许多以前被认为是人类更高智慧所保留的任务,打开了广泛的新应用。 促成这一成功的一项发展是特殊用途硬件,如图形或高压处理器提供的加速计算能力。 然而,这些并不利用神经网络的基本特征,如平行和模拟状态变量。 取代它们,它们模仿依赖计算力的神经网络,导致不可持续的能源消耗和相对较低的速度。 完全平行和模拟的硬件有望克服这些挑战,但模拟神经噪音及其传播的影响,即累积,威胁这种方法。这里,我们首次分析了由噪音非线性神经元组成的平行深线神经网络中噪音的传播。我们开发了对这两种网络的分析处理方法,以突出基本机制,并培训了后向传播的网络。我们发现,噪音积累一般是捆绑的,增加的网络层层不会使超出这一限度的噪音比噪音比率恶化。 最重要的是,噪音积累可以在神经振动功能时完全抑制,即威胁这种方法。在这里,我们首次分析由噪音神经振动网络组成的平行深层神经网络的传播情况,因此我们开发了一个更小的硬的网络框架。

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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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