An Energy-Efficient High CSNR XNOR and Accumulation Scheme for BNN

符号 数学 离散数学 能量(信号处理) 算法 算术 统计
作者
Dinesh Kushwaha,Ashish Joshi,Chaudhry Indra Kumar,Neha Gupta,Sandeep Miryala,Rajiv Joshi,Sudeb Dasgupta,Anand Bulusu
出处
期刊:IEEE Transactions on Circuits and Systems Ii-express Briefs [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:69 (4): 2311-2315 被引量:11
标识
DOI:10.1109/tcsii.2022.3149818
摘要

In this brief, we present an energy-efficient and high compute signal-to-noise ratio (CSNR) XNOR and accumulation (XAC) scheme for binary neural networks (BNNs). Transmission gates achieve a large compute signal margin (CSM) and high CSNR for accurate XAC operation. The 10T1C XNOR SRAM bit-cell performs the in-memory XAC operation without pre-charging the larger bitline capacitances and significantly reducing energy consumption per XAC operation. The validation of the proposed XAC scheme is done through the post-layout simulations in 65nm CMOS technology with $V_{DD}$ of 1 V. The achieved 1 ns of latency and 2.36 fJ of energy consumption per XAC operation are ( $7.2\times $ , $7.2\times $ ) and ( $2\times $ , $1.31\times $ ) lower than state-of-the-art digital and analog compute in-memory (CIM) XAC schemes respectively. The proposed XAC design achieves $8.6\times $ improvement in figure-of-merit (FoM), over prior state-of-the-art. Moreover, ( $\sigma /\mu $ ) average of 0.2% from Monte Carlo simulations show that proposed XAC scheme is robust against systematic mismatch and process variations.

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