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DSNNs:learning transfer from deep neural networks to spiking neural networks 被引量:3
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作者 Zhang Lei Du Zidong +1 位作者 Li Ling Chen Yunji 《High Technology Letters》 EI CAS 2020年第2期136-144,共9页
Deep neural networks(DNNs)have drawn great attention as they perform the state-of-the-art results on many tasks.Compared to DNNs,spiking neural networks(SNNs),which are considered as the new generation of neural netwo... Deep neural networks(DNNs)have drawn great attention as they perform the state-of-the-art results on many tasks.Compared to DNNs,spiking neural networks(SNNs),which are considered as the new generation of neural networks,fail to achieve comparable performance especially on tasks with large problem sizes.Many previous work tried to close the gap between DNNs and SNNs but used small networks on simple tasks.This work proposes a simple but effective way to construct deep spiking neural networks(DSNNs)by transferring the learned ability of DNNs to SNNs.DSNNs achieve comparable accuracy on large networks and complex datasets. 展开更多
关键词 DEEP leaning spiking NEURAL network(snn) CONVERT METHOD spatially folded NETWORK
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基于灰度纹理特征提取和CS-SNN的双初级永磁同步直线电机退磁故障诊断研究 被引量:5
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作者 刘铄 宋俊材 +2 位作者 陆思良 吴先红 丁伟 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第16期6464-6473,共10页
引入一种基于图像形态学纹理特征提取与布谷鸟搜索优化脉冲神经网络(cuckoo search-spiking neural network,CS-SNN)算法相结合的方法,以解决双初级永磁同步直线电机(dual primary permanent magnet synchronous linear motor,DPPMSLM)... 引入一种基于图像形态学纹理特征提取与布谷鸟搜索优化脉冲神经网络(cuckoo search-spiking neural network,CS-SNN)算法相结合的方法,以解决双初级永磁同步直线电机(dual primary permanent magnet synchronous linear motor,DPPMSLM)退磁故障精细定量化诊断识别的问题。首先,根据DPPMSLM拓扑结构约束,通过有限元仿真提取电机气隙空间中三线磁密信号作为有效故障信号;其次,引入图像纹理分析的方法,将一维数据信号映射为二维灰度图像,再采用伽马矫正和边缘提取技术增强图像信息,以提取图像纹理特征组成故障特征向量;然后建立两级CS-SNN分类器实现退磁故障位置类型和严重程度的精确诊断分类;最后,通过退磁样机制作和实验平台验证,提出的新方法能够准确识别DPPMSLM退磁故障位置和严重程度,并具有良好的鲁棒性,是一种有效可行的方法。 展开更多
关键词 双初级永磁同步直线电机 退磁故障诊断 图像纹理分析 故障特征向量 布谷鸟搜索优化脉冲神经网络
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基于联合权重超图划分的SNN负载均衡方法
3
作者 徐聪 叶钧超 +1 位作者 黄尧 柴志雷 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2023年第7期2130-2137,共8页
大规模脉冲神经网络并行模拟是探究大脑机能的重要手段。其难点在于合理地将负载映射到并行分布式平台上,提升模拟速度。为解决该问题,提出一种基于联合权重超图划分的SNN负载均衡方法,解决并行计算中进程间计算负载与通信负载的均衡问... 大规模脉冲神经网络并行模拟是探究大脑机能的重要手段。其难点在于合理地将负载映射到并行分布式平台上,提升模拟速度。为解决该问题,提出一种基于联合权重超图划分的SNN负载均衡方法,解决并行计算中进程间计算负载与通信负载的均衡问题,提高SNN模拟速度,并使用稀疏通信的方式替代集体通信,解决事件通信过程中的数据冗余问题,提升通信效率。实验结果表明,该方法使带有STDP突触20%规模的皮质层微电路模型的模拟时间,比标准循环分配算法缩短约64.5%,比普通超图分配算法缩短约57.4%,同时事件通信数据量减少了90%以上。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 负载均衡 联合权重 超图划分 并行计算
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自校准首脉冲时间编码神经元模型 被引量:1
4
作者 冯忍 陈云华 +1 位作者 熊志民 陈平华 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2024年第3期244-250,共7页
由于脉冲神经元具有复杂的时空动力过程且脉冲信息不可导,脉冲神经网络(SNN)的训练一直是一个难题。基于人工神经网络(ANN)转SNN间接训练深度SNN的方法,避免了直接训练深度SNN的难题,但该方法所获得的SNN的性能在很大程度上会受到脉冲... 由于脉冲神经元具有复杂的时空动力过程且脉冲信息不可导,脉冲神经网络(SNN)的训练一直是一个难题。基于人工神经网络(ANN)转SNN间接训练深度SNN的方法,避免了直接训练深度SNN的难题,但该方法所获得的SNN的性能在很大程度上会受到脉冲信息编码机制的影响。在众多编码机制中,首脉冲时间编码(TTFS)具有良好的生物学基础和更高的能效,但现有TTFS编码采用单脉冲形式,信息表征能力较弱,编码所需时间窗较大。为此,在TTFS的单脉冲编码基础上,增加一个校准脉冲,形成一种自校准首脉冲时间(SC-TTFS)编码机制,并构建相应的SC-TTFS神经元模型。在SC-TTFS中,首脉冲为必定发放的脉冲,而校准脉冲根据首脉冲发放后剩余的膜电位来确定是否发放,用于对编码脉冲所引起的转换量化误差和截断误差进行补偿,同时缩小编码所需的时间窗。通过对多种编码对应的转换误差进行对比分析,以及在多种网络结构上进行ANN-SNN转换实验,验证了所提方法的优越性。采用CIFAR10和CIFAR100数据集,基于VGG和ResNet两种网络结构进行了实验验证。结果表明,所提方法在两类网络结构和两种数据集上均实现了精度无损的ANN-SNN转换,且相较于最先进的同类方法,所提方法所构建的SNN具有最短的网络推理延迟。另外,在VGG结构上,所提方法相比TTFS编码能源效率提升了约80%。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 脉冲编码机制 ANN-snn转化
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基于软阈值降噪的脉冲卷积神经网络轴承故障诊断方法 被引量:1
5
作者 李浩 黄晓峰 +1 位作者 邹豪杰 孙英杰 《电气技术》 2024年第2期12-20,共9页
针对工业场景下滚动轴承信号易受噪声干扰,导致故障诊断准确率低和稳定性差的问题,本文提出一种基于软阈值降噪的脉冲卷积神经网络诊断方法。该方法使用软阈值滤波去噪,运用带时间标签的卷积层处理二维信号,增强动态特征提取能力。同时... 针对工业场景下滚动轴承信号易受噪声干扰,导致故障诊断准确率低和稳定性差的问题,本文提出一种基于软阈值降噪的脉冲卷积神经网络诊断方法。该方法使用软阈值滤波去噪,运用带时间标签的卷积层处理二维信号,增强动态特征提取能力。同时,通过引入IF和LIF神经元实现对时域和频域信息的联合编码,并采用替代梯度法进行端到端训练。实验结果显示,在信噪比为6dB时,所提方法的诊断准确率达100%,在信噪比为-6dB时诊断准确率达77.33%,优于其他常用方法,表明所提方法在噪声下具有良好的诊断效果和稳定性。 展开更多
关键词 故障诊断 软阈值 脉冲神经网络(snn) 替代梯度法
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基于脉冲序列标识的深度脉冲神经网络时空反向传播算法
6
作者 王子华 叶莹 +3 位作者 刘洪运 许燕 樊瑜波 王卫东 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2596-2604,共9页
尖峰放电的脉冲神经网络(SNN)具有接近大脑皮层的信号处理模式,被认为是实现大脑启发计算的重要途径。但是,目前对于深度脉冲神经网络的学习仍缺乏有效的监督学习算法。受尖峰放电速率标识的时空反向传播算法的启发,该文提出一种面向深... 尖峰放电的脉冲神经网络(SNN)具有接近大脑皮层的信号处理模式,被认为是实现大脑启发计算的重要途径。但是,目前对于深度脉冲神经网络的学习仍缺乏有效的监督学习算法。受尖峰放电速率标识的时空反向传播算法的启发,该文提出一种面向深度脉冲神经网络训练的基于时间脉冲序列标识的监督学习算法,通过定义突触后电位和膜电位反传迭代因子分别分析脉冲神经元的空间和时间依赖关系,使用替代梯度的方法解决反传过程中不连续可微的问题。不同于现有基于尖峰放电速率标识的学习算法,该算法能够充分反映脉冲神经网络输出的时间脉冲序列的动态特性。因此,所提算法非常适合应用于需要较长时间序列标识的计算任务,例如行为的时间脉冲序列控制。该文在静态图像数据集CIFAR10和神经形态数据集NMNIST上验证了所提算法的有效性,在所有这些数据集上都显示出良好的性能,这有助于进一步研究基于时间脉冲序列应用的大脑启发计算。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 监督学习 误差反向传播 时间脉冲序列标识 替代梯度
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跨脉冲传播的深度脉冲神经网络训练方法
7
作者 曾建新 陈云华 +1 位作者 李炜奇 陈平华 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2024年第7期2134-2140,共7页
基于反向传播的脉冲神经网络(SNNs)的训练方法仍面临着诸多问题与挑战,包括脉冲发放过程不可微分、脉冲神经元具有复杂的时空动力过程等。此外,SNNs反向传播训练方法往往没有考虑误差信号在相邻脉冲间的关系,大大降低了网络模型的准确... 基于反向传播的脉冲神经网络(SNNs)的训练方法仍面临着诸多问题与挑战,包括脉冲发放过程不可微分、脉冲神经元具有复杂的时空动力过程等。此外,SNNs反向传播训练方法往往没有考虑误差信号在相邻脉冲间的关系,大大降低了网络模型的准确性。为此,提出一种跨脉冲误差传播的深度脉冲神经网络训练方法(cross-spike error backpropagation,CSBP),将神经元的误差反向传播分成脉冲发放时间随突触后膜电位变化关系和相邻脉冲发放时刻点间的依赖关系两种依赖关系。其中,通过前者解决了脉冲不可微分的问题,通过后者明确了脉冲间的依赖关系,使得误差信号能跨脉冲传播,提升了生物合理性。此外,并对早期脉冲残差网络架构存在的模型表示能力不足问题进行研究,通过修改脉冲残余块的结构顺序,进一步提高了网络性能。实验结果表明,所提方法比基于脉冲时间的最优训练算法有着明显的提升,相同架构下,在CIFAR10数据集上提升2.98%,在DVS-CIFAR10数据集上提升2.26%。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 脉冲时间依赖 误差反向传播 脉冲神经网络训练算法
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机器人类脑智能研究综述
8
作者 王瑞东 王睿 +1 位作者 张天栋 王硕 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1485-1501,共17页
传统机器人经过长时间的研究和发展,已经在生产和生活的多个领域得到了广泛的应用,但在复杂多变的环境中依然缺乏与真实生物类似的灵活性、稳定性和适应能力.类脑智能作为一种新型的机器智能,使用计算建模的方法模拟生物神经系统的各类... 传统机器人经过长时间的研究和发展,已经在生产和生活的多个领域得到了广泛的应用,但在复杂多变的环境中依然缺乏与真实生物类似的灵活性、稳定性和适应能力.类脑智能作为一种新型的机器智能,使用计算建模的方法模拟生物神经系统的各类特性,进而实现对各类信息的推理和决策,近年来受到了学术界的广泛关注.鉴于此,综述了国内外面向机器人系统的类脑智能研究现状,并对类脑智能方法在机器人感知、决策和控制三个研究方向的成果进行了整理、归纳和分析,最后从软硬件层面分别指出了机器人类脑智能目前存在的主要问题和未来的发展方向. 展开更多
关键词 机器人 类脑机器人 类脑智能 脉冲神经网络
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基于自适应时间步脉冲神经网络的高效图像分类
9
作者 李千鹏 贾顺程 +1 位作者 张铁林 陈亮 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1724-1735,共12页
脉冲神经网络(Spiking neural network,SNN)由于具有相对人工神经网络(Artifcial neural network,ANN)更低的计算能耗而受到广泛关注.然而,现有SNN大多基于同步计算模式且往往采用多时间步的方式来模拟动态的信息整合过程,因此带来了推... 脉冲神经网络(Spiking neural network,SNN)由于具有相对人工神经网络(Artifcial neural network,ANN)更低的计算能耗而受到广泛关注.然而,现有SNN大多基于同步计算模式且往往采用多时间步的方式来模拟动态的信息整合过程,因此带来了推理延迟增大和计算能耗增高等问题,使其在边缘智能设备上的高效运行大打折扣.针对这个问题,本文提出一种自适应时间步脉冲神经网络(Adaptive timestep improved spiking neural network,ATSNN)算法.该算法可以根据不同样本特征自适应选择合适的推理时间步,并通过设计一个时间依赖的新型损失函数来约束不同计算时间步的重要性.与此同时,针对上述ATSNN特点设计一款低能耗脉冲神经网络加速器,支持ATSNN算法在VGG和ResNet等成熟框架上的应用部署.在CIFAR10、CIFAR100、CIFAR10-DVS等标准数据集上软硬件实验结果显示,与当前固定时间步的SNN算法相比,ATSNN算法的精度基本不下降,并且推理延迟减少36.7%~58.7%,计算复杂度减少33.0%~57.0%.在硬件模拟器上的运行结果显示,ATSNN的计算能耗仅为GPU RTX 3090Ti的4.43%~7.88%.显示出脑启发神经形态软硬件的巨大优势. 展开更多
关键词 脉冲神经网络 低功耗推理 高效训练 低延迟
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基于Spiking神经网络的光伏系统发电功率预测 被引量:10
10
作者 陈通 孙国强 +3 位作者 卫志农 李慧杰 CHEUNG KWOK W 孙永辉 《电力系统及其自动化学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期7-12,44,共7页
为了提高光伏系统发电功率预测的精度,本文提出一种基于Spiking神经网络(SNN)的预测模型。该神经网络采用精确脉冲时间的编码方式,更接近真实的生物神经系统,具有强大的计算能力。考虑季节类型、天气类型和大气温度等主要影响因素,该模... 为了提高光伏系统发电功率预测的精度,本文提出一种基于Spiking神经网络(SNN)的预测模型。该神经网络采用精确脉冲时间的编码方式,更接近真实的生物神经系统,具有强大的计算能力。考虑季节类型、天气类型和大气温度等主要影响因素,该模型采用灰色关联分析法选取相似日。本文应用实际光伏发电系统的数据分别对基于SNN、BP人工神经网络(BP-ANN)和支持向量机(SVM)的预测模型进行测试和评估。预测结果表明:SNN预测模型相比于BP-ANN和SVM模型有较高的预测精度和较强的适用性,可以为光伏系统发电功率预测提供一种可行方法。 展开更多
关键词 光伏系统 spiking神经网络 SpikeProp算法 相似日选择算法 发电功率预测
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基于脉冲神经网络的轻量化SAR图像舰船识别算法
11
作者 谢洪途 陈佳兴 +1 位作者 张琳 朱楠楠 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期474-482,共9页
针对传统方法进行合成孔径雷达(SAR)图像目标识别存在参数多、能耗高等问题,提出了一种基于脉冲神经网络(SNN)的轻量化SAR图像舰船识别算法.首先,利用视觉注意力机制提取SAR图像视觉显著图,采用泊松编码器进行脉冲序列编码,能抑制背景... 针对传统方法进行合成孔径雷达(SAR)图像目标识别存在参数多、能耗高等问题,提出了一种基于脉冲神经网络(SNN)的轻量化SAR图像舰船识别算法.首先,利用视觉注意力机制提取SAR图像视觉显著图,采用泊松编码器进行脉冲序列编码,能抑制背景噪声干扰.然后,结合泄漏整合发射(LIF)脉冲神经元和卷积神经网络,构建融合时序信息的SNN模型,能实现SAR图像舰船识别.最后,采用反正切函数作为反向传播时脉冲发射函数的梯度替代函数对SNN模型进行优化,能解决模型难以训练的问题.实验结果表明所提算法具有高精度、少参数、高效率和低能耗等优势,能实现SAR图像高效准确舰船识别. 展开更多
关键词 合成孔径雷达图像 舰船识别 脉冲神经网络 轻量化
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Advances in neuromorphic computing:Expanding horizons for AI development through novel artificial neurons and in-sensor computing
12
作者 杨玉波 赵吉哲 +11 位作者 刘胤洁 华夏扬 王天睿 郑纪元 郝智彪 熊兵 孙长征 韩彦军 王健 李洪涛 汪莱 罗毅 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期1-23,共23页
AI development has brought great success to upgrading the information age.At the same time,the large-scale artificial neural network for building AI systems is thirsty for computing power,which is barely satisfied by ... AI development has brought great success to upgrading the information age.At the same time,the large-scale artificial neural network for building AI systems is thirsty for computing power,which is barely satisfied by the conventional computing hardware.In the post-Moore era,the increase in computing power brought about by the size reduction of CMOS in very large-scale integrated circuits(VLSIC)is challenging to meet the growing demand for AI computing power.To address the issue,technical approaches like neuromorphic computing attract great attention because of their feature of breaking Von-Neumann architecture,and dealing with AI algorithms much more parallelly and energy efficiently.Inspired by the human neural network architecture,neuromorphic computing hardware is brought to life based on novel artificial neurons constructed by new materials or devices.Although it is relatively difficult to deploy a training process in the neuromorphic architecture like spiking neural network(SNN),the development in this field has incubated promising technologies like in-sensor computing,which brings new opportunities for multidisciplinary research,including the field of optoelectronic materials and devices,artificial neural networks,and microelectronics integration technology.The vision chips based on the architectures could reduce unnecessary data transfer and realize fast and energy-efficient visual cognitive processing.This paper reviews firstly the architectures and algorithms of SNN,and artificial neuron devices supporting neuromorphic computing,then the recent progress of in-sensor computing vision chips,which all will promote the development of AI. 展开更多
关键词 neuromorphic computing spiking neural network(snn) in-sensor computing artificial intelligence
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基于脉冲神经网络的指挥智能体技术
13
作者 王栋 赵彦东 陈希飞 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2024年第5期36-43,51,共9页
针对现有智能体技术应用于军事指挥控制领域中时存在计算资源需求高、奖励值稀疏、收敛速度慢、推理效果差的问题,提出了一种基于脉冲神经网络(spiking neural network,SNN)和分层强化学习的指挥智能体技术。基于分层强化学习思想对军... 针对现有智能体技术应用于军事指挥控制领域中时存在计算资源需求高、奖励值稀疏、收敛速度慢、推理效果差的问题,提出了一种基于脉冲神经网络(spiking neural network,SNN)和分层强化学习的指挥智能体技术。基于分层强化学习思想对军事指挥智能体进行建模,利用SNN构建智能体决策模型;通过ANN-SNN转换的学习算法获得基于SNN的指挥智能体;基于“墨子”兵棋推演软件开展对比试验,与现有智能体技术相比,提出方法对计算资源的需求较低,且具有较高的博弈对抗胜率。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 分层强化学习 指挥智能体 ANN-snn
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基于低时延和高精度脉冲神经网络的目标检测
14
作者 明晓钰 李翔宇 《计算机系统应用》 2024年第7期170-179,共10页
人工神经网络(artificial neural network,ANN)在众多领域取得了显著进展,但其对计算资源和能耗的高需求限制了其在硬件端的部署和应用.脉冲神经网络(spiking neural network,SNN)因其低功耗和快速推理的特性,在神经形态硬件上表现出色... 人工神经网络(artificial neural network,ANN)在众多领域取得了显著进展,但其对计算资源和能耗的高需求限制了其在硬件端的部署和应用.脉冲神经网络(spiking neural network,SNN)因其低功耗和快速推理的特性,在神经形态硬件上表现出色.然而,SNN的神经元动态和脉冲发放机制导致其训练过程复杂,目前主要研究集中在图像分类任务上,本文尝试将SNN应用于更为复杂的计算机视觉任务.本文以YOLOv3-tiny网络为基础,提出了Spiking YOLOv3模型,其符合SNN特性的网络模型,在检测任务上实现了更高的准确度,并将平均推理时间减少至约原来工作的1/4.此外,我们还分析了ANN-SNN转换过程中产生的转换误差,并采用量化激活函数对Spiking YOLOv3模型进行了优化以减小转换误差.优化后的模型平均推理时间减少至约原来的1/2,并在VOC与UAV数据集上实现在ANN-SNN无损转换,显著提升了基于该模型的检测效率. 展开更多
关键词 脉冲神经网络 人工神经网络-脉冲神经网络(ANN-snn)转换 目标检测 低时延和高精度
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基于脉冲神经网络的近红外信号的分类研究
15
作者 向程乐 李竞斌 姚修振 《通信技术》 2024年第5期464-469,共6页
脉冲神经网络(Spiking Neural Network,SNN)是研究脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)的新方向。与传统人工神经网络不同,SNN使用离散脉冲信号传递和处理信息,模拟神经元的生物电活动,目前主要应用在脑电图(Electroencephalogram,E... 脉冲神经网络(Spiking Neural Network,SNN)是研究脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)的新方向。与传统人工神经网络不同,SNN使用离散脉冲信号传递和处理信息,模拟神经元的生物电活动,目前主要应用在脑电图(Electroencephalogram,EEG)中,而近红外信号的分类大多数以传统机器学习和卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)为主。受SNN在EEG分类应用的启发,将SNN应用于功能近红外光谱(Functional Near-Infrared Spectroscopy,fNIRS)分类任务,并采用频谱图SNN适应fNIRS数据特性。与传统方法和CNN相比,频谱图SNN在三元分类任务中表现出卓越性能,传统方法和CNN的分类准确率分别为75.7%和72.8%,频谱图SNN模型在同一任务上取得了显著的成功,分类准确率达80.49%。这表明,SNN模型可显著提高fNIRS脑机接口性能,为神经科学研究和BCI的发展提供了新的可能性。 展开更多
关键词 脑机接口 功能近红外光谱成像 脉冲神经网络 脉冲神经元
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基于Spiking神经网络的脑运动分类研究
16
作者 王博 胡成玉 +1 位作者 方慧娟 王永骥 《计算技术与自动化》 2008年第4期102-104,110,共4页
针对大脑运动皮层群体神经元信号与运动行为关系的分析,提出一种Spiking神经网络(SNN)的分类算法。SNN的网络连接权值与突触连接的延时参数采用改进的粒子群优化方法(PSO)进行训练。仿真结果表明SNN分类效果优于群体向量法(PV)分类效果... 针对大脑运动皮层群体神经元信号与运动行为关系的分析,提出一种Spiking神经网络(SNN)的分类算法。SNN的网络连接权值与突触连接的延时参数采用改进的粒子群优化方法(PSO)进行训练。仿真结果表明SNN分类效果优于群体向量法(PV)分类效果,有利于实现性能更高的用于神经康复的脑机接口系统。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 分类 粒子群优化 群体向量法 脑机接口
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神经元计算机在无人机集群中的应用设计
17
作者 尤益辉 吴文豪 《智能物联技术》 2024年第2期146-151,共6页
人工智能计算对低功耗高算力的需求与日俱增,神经形态的新型计算范式出现极大地满足了低功耗、高算力、高实时的数据处理需求。结合神经元计算机的特点和无人机集群的应用需求,首次提出一种基于神经元计算机的无人机集群系统应用设计方... 人工智能计算对低功耗高算力的需求与日俱增,神经形态的新型计算范式出现极大地满足了低功耗、高算力、高实时的数据处理需求。结合神经元计算机的特点和无人机集群的应用需求,首次提出一种基于神经元计算机的无人机集群系统应用设计方案,并从系统设计、算法设计、系统实现等方面进行分析。 展开更多
关键词 无人机集群 神经元计算机 存算一体化芯片 脉冲神经网络(snn)
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SWAM:SNN工作负载自动映射器 被引量:4
18
作者 郁龚健 张鲁飞 +4 位作者 李佩琦 华夏 刘家航 柴志雷 陈闻杰 《计算机科学与探索》 CSCD 北大核心 2021年第9期1641-1657,共17页
为了满足大规模脉冲神经网络(SNN)的计算需求,类脑计算系统通常需要采用大规模并行计算平台。因此,如何快速为SNN工作负载确定合理的计算节点数(即如何把工作负载合理映射到计算平台上)以获得最佳的性能、功耗等指标就成为类脑计算系统... 为了满足大规模脉冲神经网络(SNN)的计算需求,类脑计算系统通常需要采用大规模并行计算平台。因此,如何快速为SNN工作负载确定合理的计算节点数(即如何把工作负载合理映射到计算平台上)以获得最佳的性能、功耗等指标就成为类脑计算系统需解决的关键问题之一。首先分析了SNN工作负载特性并为其建立起计算模型;然后针对NEST类脑仿真器,进一步实例化了SNN的内存、计算和通信负载模型;最终设计并实现了一种基于NEST的SNN工作负载自动映射器(SWAM)。SWAM可以自动计算出映射结果并完成映射,避免了极其耗时的工作负载映射手动试探过程。在ARM+FPGA、纯ARM、PC集群三种不同的计算平台上运行SNN典型应用,并比较SWAM、LM算法拟合和实测的映射结果。实验结果表明:SWAM的平均映射准确率达到98.833%,与LM方法与实测映射相比,SWAM具有绝对的时间代价优势。 展开更多
关键词 脉冲神经网络(snn) 工作负载映射 PYNQ集群 现场可编程逻辑门阵列(FPGA)加速 NEST仿真器
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基于SNN神经元重分布的NEST仿真器性能优化 被引量:2
19
作者 刘家航 郁龚健 +3 位作者 李佩琦 华夏 柴志雷 陈闻杰 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期189-196,共8页
为满足大规模脉冲神经网络(SNN)的计算需求,类脑计算系统通常需要采用大规模并行计算平台。然而随着节点数量的增多,通信在仿真中所占比例大幅增加,导致计算效率下降。类脑模拟器开源软件NEST采用缓冲区大小相等的策略,有效缩短了通信时... 为满足大规模脉冲神经网络(SNN)的计算需求,类脑计算系统通常需要采用大规模并行计算平台。然而随着节点数量的增多,通信在仿真中所占比例大幅增加,导致计算效率下降。类脑模拟器开源软件NEST采用缓冲区大小相等的策略,有效缩短了通信时间,但是由于缓冲区互相无交流,使得通信数据量持续增加,因此其在能耗方面表现较差。分析NEST集群的负载特性,针对其中的通信问题进行稀疏性优化,提出基于SNN子图跨节点优化的神经元重分布算法ReLOC。通过优化SNN子图的跨节点分布减少每一轮神经元到进程的数量,从而减少跨节点脉冲,使进程间通信更加稀疏,达到缩减每一轮通信进程的目的。在此基础上,以稀疏交换的思想对NEST本身的通信机制进行改进,使有脉冲交换的进程进行数据交换,从而在连接稀疏的情况下提升通信效率。以包含28个Xilinx PYNQ节点的计算集群作为实验平台,运行皮质微电路SNN模型和平衡随机网络模型,验证ReLOC算法的有效性。实验结果表明,相比循环分布算法,重分布算法能够使通信的平均稀疏性提高20%,同时配合稀疏交换最多可使通信能耗减少98.63%。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 神经元重分布 PYNQ集群 NEST仿真器 稀疏交换
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基于脉冲频率与输入电流关系的SNN训练算法
20
作者 兰浩鑫 陈云华 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2022年第10期87-92,共6页
脉冲神经网络(spiking neural network,SNN)以异步事件驱动,支持大规模并行计算,在改善同步模拟神经网络的计算效率方面具有巨大潜力。然而,目前SNN仍然面临无法直接训练的难题,为此,受到神经科学领域关于LIF(leaky integrate-and-fire... 脉冲神经网络(spiking neural network,SNN)以异步事件驱动,支持大规模并行计算,在改善同步模拟神经网络的计算效率方面具有巨大潜力。然而,目前SNN仍然面临无法直接训练的难题,为此,受到神经科学领域关于LIF(leaky integrate-and-fire)神经元响应机制研究启发,提出了一种新的基于频率编码的SNN训练算法。通过仿真实验对LIF神经元发放脉冲频率进行建模,得到LIF神经元脉冲频率与输入电流之间显示表达关系,并将其导数作为梯度,解决了SNN训练过程中离散脉冲事件产生的不可微性问题,使得可利用BP算法对SNN进行训练。现有基于频率编码的方法采用时间信用分配机制进行参数更新,通常具有较差的学习效率,为此,采用LIF神经元响应机制更新网络参数,提高了学习效率。在MNIST和CIFAR10数据集上的实验结果验证了所提方法的有效性,分类精度分别达到了99.53%和89.46%,在CIFAR10数据上的识别精度相较于先前研究者提高了4.22个百分点,在学习效率方面相较于先前采用时间信用分配方法提高了一倍左右。 展开更多
关键词 脉冲神经网络(snn) 反向传播算法 LIF神经元 脉冲频率 神经形态类脑计算
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