LiteCON : An All-photonic Neuromorphic Accelerator for Energy-efficient Deep Learning

深度学习 计算机科学 神经形态工程学 卷积神经网络 人工智能 水准点(测量) 推论 高效能源利用 计算机体系结构 自编码 光子学 专用集成电路 计算机工程 人工神经网络 嵌入式系统 大地测量学 物理 工程类 电气工程 光学 地理
作者
Dharanidhar Dang,Bill Lin,Debashis Sahoo
出处
期刊:ACM Transactions on Architecture and Code Optimization [Association for Computing Machinery]
卷期号:19 (3): 1-22 被引量:5
标识
DOI:10.1145/3531226
摘要

Deep learning is highly pervasive in today's data-intensive era. In particular, convolutional neural networks (CNNs) are being widely adopted in a variety of fields for superior accuracy. However, computing deep CNNs on traditional CPUs and GPUs brings several performance and energy pitfalls. Several novel approaches based on ASIC, FPGA, and resistive-memory devices have been recently demonstrated with promising results. Most of them target only the inference (testing) phase of deep learning. There have been very limited attempts to design a full-fledged deep learning accelerator capable of both training and inference. It is due to the highly compute- and memory-intensive nature of the training phase. In this article, we propose LiteCON , a novel analog photonics CNN accelerator. LiteCON uses silicon microdisk-based convolution, memristor-based memory, and dense-wavelength-division-multiplexing for energy-efficient and ultrafast deep learning. We evaluate LiteCON using a commercial CAD framework (IPKISS) on deep learning benchmark models including LeNet and VGG-Net. Compared to the state of the art, LiteCON improves the CNN throughput, energy efficiency, and computational efficiency by up to 32×, 37×, and 5×, respectively, with trivial accuracy degradation.

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