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A Hardware Efficient Reservoir Computing System Using Cellular Automata and Ensemble Bloom Filter Un système informatique de réservoir efficace en matériel utilisant des automates cellulaires et un filtre Ensemble Bloom

Dehua LIANG, Jun SHIOMI, Noriyuki MIURA, Masanori HASHIMOTO, Hiromitsu AWANO

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Résumé:

Le calcul par réservoir (RC) est une alternative intéressante aux modèles d'apprentissage automatique en raison de son processus de formation peu coûteux en termes de calcul et de sa simplicité. Dans ce travail, nous proposons EnsembleBloomCA, qui utilise des automates cellulaires (CA) et un filtre Bloom d'ensemble pour organiser un système RC. Contrairement à la plupart des systèmes RC existants, EnsembleBloomCA élimine tous les calculs à virgule flottante et les multiplications entières. EnsembleBloomCA adopte CA comme réservoir dans le système RC car il peut être implémenté en utilisant uniquement des opérations binaires et est donc économe en énergie. La riche dynamique de modèles créée par CA peut mapper l'entrée d'origine dans un espace de grande dimension et fournir plus de fonctionnalités au classificateur. En utilisant un filtre Bloom d'ensemble comme classificateur, les caractéristiques fournies par le réservoir peuvent être efficacement mémorisées. Notre expérience a révélé que l'application du mécanisme d'ensemble au filtre Bloom entraînait une réduction significative du coût de la mémoire pendant la phase d'inférence. En comparaison avec Bloom WiSARD, un des ouvrages de référence les plus pointus, le EnsembleBloomCA Le modèle permet une réduction de 43 fois du coût de la mémoire tout en conservant la même précision. Notre implémentation matérielle a également démontré que EnsembleBloomCA obtenu des réductions de surface et de puissance respectivement de plus de 23× et 8.5×.

Publication
IEICE TRANSACTIONS on Information Vol.E105-D No.7 pp.1273-1282
Date de publication
2022/07/01
Publicisé
2022/04/08
ISSN en ligne
1745-1361
DOI
10.1587/transinf.2021EDP7203
Type de manuscrit
PAPER
Catégories
Système d'ordinateur

Auteurs

Dehua LIANG
  Osaka University
Jun SHIOMI
  Osaka University
Noriyuki MIURA
  Osaka University
Masanori HASHIMOTO
  Kyoto University
Hiromitsu AWANO
  Kyoto University

Mots-clés

Table des matières