LogicNets: Co-Designed Neural Networks and Circuits for Extreme-Throughput Applications

Auteurs : Yaman Umuroglu, Yash Akhauri, Nicholas J. Fraser, Michaela Blott

Résumé : Deployment of deep neural networks for applications that require very high throughput or extremely low latency is a severe computational challenge, further exacerbated by inefficiencies in mapping the computation to hardware. We present a novel method for designing neural network topologies that directly map to a highly efficient FPGA implementation. By exploiting the equivalence of artificial neurons with quantized inputs/outputs and truth tables, we can train quantized neural networks that can be directly converted to a netlist of truth tables, and subsequently deployed as a highly pipelinable, massively parallel FPGA circuit. However, the neural network topology requires careful consideration since the hardware cost of truth tables grows exponentially with neuron fan-in. To obtain smaller networks where the whole netlist can be placed-and-routed onto a single FPGA, we derive a fan-in driven hardware cost model to guide topology design, and combine high sparsity with low-bit activation quantization to limit the neuron fan-in. We evaluate our approach on two tasks with very high intrinsic throughput requirements in high-energy physics and network intrusion detection. We show that the combination of sparsity and low-bit activation quantization results in high-speed circuits with small logic depth and low LUT cost, demonstrating competitive accuracy with less than 15 ns of inference latency and throughput in the hundreds of millions of inferences per second.

Soumis à arXiv le 06 Avr. 2020

Explorez l'arbre d'article

Cliquez sur les nœuds de l'arborescence pour être redirigé vers un article donné et accéder à leurs résumés et assistant virtuel

Accédez également à nos Résumés, ou posez des questions sur cet article à notre Assistant IA.

Recherchez des articles similaires (en version bêta)

En cliquant sur le bouton ci-dessus, notre algorithme analysera tous les articles de notre base de données pour trouver le plus proche en fonction du contenu des articles complets et pas seulement des métadonnées. Veuillez noter que cela ne fonctionne que pour les articles pour lesquels nous avons généré des résumés et que vous pouvez le réexécuter de temps en temps pour obtenir un résultat plus précis pendant que notre base de données s'agrandit.