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SC-PLR: An Approximate Spiking Neural Network Accelerator With On-Chip Predictive Learning Rule

计算机科学 人工神经网络 尖峰神经网络 人工智能 炸薯条 机器学习 计算机体系结构 电信
作者
Wei Liu,Shanlin Xiao,Yue Liu,Zhiyi Yu
出处
期刊:IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:18 (5): 1156-1165 被引量:2
标识
DOI:10.1109/tbcas.2024.3385235
摘要

The brain's ability to anticipate future events is crucial for intelligent behavior. However, when deploying the capability to edge devices, there are huge challenges in terms of resources and power consumption. The main obstacle is the state-of-the-art neuromorphic hardware with Spike Timing Dependent Plasticity (STDP) learning rule requires significant computation for synaptic weight updates and memory to store intermediate synaptic weights. In this paper, we proposed an approximate Spiking Neural Network (SNN) accelerator with on-chip Predictive Learning Rule (PLR), which is a biological behavior observed in the brain, named SC-PLR. In SC-PLR, the principles of predictive processing are extended to enable neurons to learn temporal sequences and anticipate future events with minimum synaptic weight updates, while stochastic computing is leveraged to balance the hardware cost, energy efficiency, and accuracy. Simulation results demonstrate that PLR-based SNNs effectively enable adaptive and anticipatory behavior in robotics and decision-making scenarios. Additionally, FPGA implementation results show that the proposed SC-PLR outperforms stateof- the-art STDP-based SNN designs in terms of resources and power consumption. Specifically, our design achieves significant resource savings, including 77.3% Look-Up Table (LUT), 79.4% Flip-Flop (FF), and 56.4% Block RAM (BRAM) resources, and power consumption reduction by 32%. 1 The code is available at https://github.com/lucy-weizi/SC-PLR.
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