计算机工程

作者：叶钧超, 徐聪, 黄尧, 柴志雷

单位：1. 江南大学 人工智能与计算机学院, 江苏 无锡 2141222. 江苏省模式识别与计算智能工程实验室(江南大学), 江苏 无锡 214122

关键词：Izhikevich神经元,混合精度,脉冲神经网络,定制计算,FPGA

基金：国家自然科学基金(61972180)

脉冲神经网络作为第三代神经网络，其工作机理与生物大脑更接近，层内连接与反向连接的复杂拓扑结构具有解决复杂问题的潜力。神经元和突触是脉冲神经网络中最基本的计算单元，相比于带泄露积分触发神经元模型，Izhikevich神经元模型能通过模拟出更多的生物脉冲现象来支持更广泛的类脑仿真计算，但Izhikevich神经元模型的计算复杂度更高，基于其搭建的脉冲神经网络存在低性能、高功耗的问题。提出一种基于FPGA的Izhikevich神经元定制计算方法。首先，通过研究脉冲神经网络中Izhikevich神经元各参数的取值范围以及平衡膜电位的相对误差与资源消耗，设计一套混合精度的定点化方案；其次，针对单个神经元，通过平衡神经元更新计算方程的数据路径实现最小化流水；再次，针对整体脉冲神经网络，设计并行度可扩展的计算架构以适应不同规模的FPGA平台；最后，把该定制计算方法用于经典的NEST仿真器加速。实验结果表明，相比于i7-10700 CPU，经典的丘脑外侧膝状核网络模型和液体状态机模型在ZCU102上的性能平均提升2.26和3.02倍，能效比平均提升8.06和10.8倍。

来源：2023年第12期

《计算机工程》期刊编辑部

查看计算机工程杂志2023年第12期