Front-end electronics equipped with high-speed digitizers are being used and proposed for future nuclear detectors. Recent literature reveals that deep learning models, especially one-dimensional convolutional neural networks, are promising when dealing with digital signals from nuclear detectors. Simulations and experiments demonstrate the satisfactory accuracy and additional benefits of neural networks in this area. However, specific hardware accelerating such models for online operations still needs to be studied. In this work, we introduce PulseDL-II, a system-on-chip (SoC) specially designed for applications of event feature (time, energy, etc.) extraction from pulses with deep learning. Based on the previous version, PulseDL-II incorporates a RISC CPU into the system structure for better functional flexibility and integrity. The neural network accelerator in the SoC adopts a three-level (arithmetic unit, processing element, neural network) hierarchical architecture and facilitates parameter optimization of the digital design. Furthermore, we devise a quantization scheme and associated implementation methods (rescale & bit-shift) for full compatibility with deep learning frameworks (e.g., TensorFlow) within a selected subset of layer types. With the current scheme, the quantization-aware training of neural networks is supported, and network models are automatically transformed into software of RISC CPU by dedicated scripts, with nearly no loss of accuracy. We validate PulseDL-II on field programmable gate arrays (FPGA). Finally, system validation is done with an experimental setup made up of a direct digital synthesis (DDS) signal generator and an FPGA development board with analog-to-digital converters (ADC). The proposed system achieved 60 ps time resolution and 0.40% energy resolution with online neural network inference at signal to noise ratio (SNR) of 47.4 dB.


翻译:最新文献显示,在处理来自核探测器的数字信号时,深层学习模型,特别是一维进化神经网络,很有希望。模拟和实验表明神经网络在这一领域的准确性和额外效益令人满意。然而,仍然需要研究为在线操作加速这种模型的具体硬件。在这项工作中,我们引入了PulseDL-II,一个专门设计用于应用事件特征(时间、能源等)的系统-芯片(SoC),从深度学习的脉冲中提取。基于以前的版本,PulseDL-II将RISC CPU纳入系统结构,以提高机能灵活性和完整性。 SoC的神经网络加速器采用了三级(电磁装置、处理元件、神经网络)级结构,便于数字设计的参数优化。此外,我们设计了一个有时间特征(时间、能量等)的质变数(缩放和位)执行方法(Sluseralalal-liver),用于与高级智能智能网络的完全兼容(Scial-ral-real-real-deal-deal-deal-de-deal-deal-deal-deal-de-de-de-de-de-ligal-de-de-de-de-de-deal-de-de-deal-listal-deal-deal-de-de-deal-deal-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-mod-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-i-i-to-i-i-i-i-i-i-i-

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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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