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A Hardware Efficient Reservoir Computing System Using Cellular Automata and Ensemble Bloom Filter 셀룰러 오토마타와 앙상블 블룸 필터를 이용한 하드웨어 효율적인 저수지 컴퓨팅 시스템

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

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요약 :

저수지 컴퓨팅(RC)은 계산 비용이 저렴한 훈련 프로세스와 단순성으로 인해 기계 학습 모델의 매력적인 대안입니다. 이번 작업에서 우리는 제안합니다. 앙상블블룸CA, 셀룰러 오토마타(CA)와 앙상블 블룸 필터를 활용하여 RC 시스템을 구성합니다. 대부분의 기존 RC 시스템과 달리 앙상블블룸CA 모든 부동 소수점 계산과 정수 곱셈을 제거합니다. 앙상블블룸CA CA는 이진 연산만 사용하여 구현할 수 있어 에너지 효율적이기 때문에 RC 시스템의 저장소로 CA를 채택합니다. CA가 생성한 풍부한 패턴 역학은 원래 입력을 고차원 공간에 매핑하고 분류기에 더 많은 기능을 제공할 수 있습니다. 앙상블 블룸 필터를 분류자로 활용하면 저장소가 제공하는 특징을 효과적으로 기억할 수 있습니다. 우리의 실험에서는 Bloom 필터에 앙상블 메커니즘을 적용하면 추론 단계에서 메모리 비용이 크게 감소하는 것으로 나타났습니다. 비교하면 블룸 위사드, 최첨단 참고 작품 중 하나인 앙상블블룸CA 모델은 동일한 정확도를 유지하면서 메모리 비용을 43배 절감합니다. 우리의 하드웨어 구현은 또한 다음을 입증했습니다. 앙상블블룸CA 면적과 전력이 각각 23배 및 8.5배 이상 감소했습니다.

발행
IEICE TRANSACTIONS on Information Vol.E105-D No.7 pp.1273-1282
발행일
2022/07/01
공개일
2022/04/08
온라인 ISSN
1745-1361
DOI
10.1587/transinf.2021EDP7203
원고의 종류
PAPER
범주
컴퓨터 시스템

작성자

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

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