Fugu-MT 論文翻訳(概要): P2M: A Processing-in-Pixel-in-Memory Paradigm for Resource-Constrained TinyML Applications

論文の概要: P2M: A Processing-in-Pixel-in-Memory Paradigm for Resource-Constrained TinyML Applications

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.04737v1
Date: Mon, 7 Mar 2022 04:15:29 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2022-03-12 04:59:46.693076
Title: P2M: A Processing-in-Pixel-in-Memory Paradigm for Resource-Constrained TinyML Applications
Title（参考訳）: P2M:リソース制約されたTinyMLアプリケーションのためのメモリ内処理パラダイム
Authors: Gourav Datta, Souvik Kundu, Zihan Yin, Ravi Teja Lakkireddy, Peter A. Beerel, Ajey Jacob, Akhilesh R. Jaiswal
Abstract要約: 高い解像度の入力画像は、カメラとAI処理ユニットの間でフレームごとにストリームされ、エネルギー、帯域幅、セキュリティボトルネックを引き起こす必要がある。本稿では,アナログマルチチャネル,マルチビット畳み込み,ReLUのサポートを追加して画素配列をカスタマイズする,新しいProcessing-in-Pixel-in-Memory(P2M)パラダイムを提案する。以上の結果から,P2Mはセンサやアナログからデジタル変換へのデータ転送帯域を21倍に削減し,TinyML上でMobileNetV2モデルを処理する際に発生するエネルギ遅延生成物(EDP)が得られた。
参考スコア（独自算出の注目度）: 4.102356304183255
License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Abstract: The demand to process vast amounts of data generated from state-of-the-art high resolution cameras has motivated novel energy-efficient on-device AI solutions. Visual data in such cameras are usually captured in the form of analog voltages by a sensor pixel array, and then converted to the digital domain for subsequent AI processing using analog-to-digital converters (ADC). Recent research has tried to take advantage of massively parallel low-power analog/digital computing in the form of near- and in-sensor processing, in which the AI computation is performed partly in the periphery of the pixel array and partly in a separate on-board CPU/accelerator. Unfortunately, high-resolution input images still need to be streamed between the camera and the AI processing unit, frame by frame, causing energy, bandwidth, and security bottlenecks. To mitigate this problem, we propose a novel Processing-in-Pixel-in-memory (P2M) paradigm, that customizes the pixel array by adding support for analog multi-channel, multi-bit convolution and ReLU (Rectified Linear Units). Our solution includes a holistic algorithm-circuit co-design approach and the resulting P2M paradigm can be used as a drop-in replacement for embedding memory-intensive first few layers of convolutional neural network (CNN) models within foundry-manufacturable CMOS image sensor platforms. Our experimental results indicate that P2M reduces data transfer bandwidth from sensors and analog to digital conversions by ~21x, and the energy-delay product (EDP) incurred in processing a MobileNetV2 model on a TinyML use case for visual wake words dataset (VWW) by up to ~11x compared to standard near-processing or in-sensor implementations, without any significant drop in test accuracy.
Abstract（参考訳）: 最先端の高解像度カメラから生成される膨大なデータを処理したいという要求は、新しいエネルギー効率のオンデバイスAIソリューションを動機付けている。このようなカメラの視覚データは、通常、センサーピクセルアレイによってアナログ電圧の形でキャプチャされ、アナログからデジタルへのコンバータ(ADC)を使用してその後のAI処理のためにデジタルドメインに変換される。近年の研究では、近距離およびインセンサ処理という形で、AI計算を部分的に画素アレイの周辺で、一部はオンボードCPU/アクセラレータで行うという、非常に並列な低消費電力アナログ/デジタルコンピューティングの活用が試みられている。残念ながら、高解像度の入力画像は、カメラとAI処理ユニットの間でフレームごとにストリームされ、エネルギー、帯域幅、セキュリティボトルネックを引き起こす必要がある。この問題を軽減するために,アナログマルチチャネル,マルチビット畳み込み,ReLU(Rectified Linear Units)のサポートを追加して,画素配列をカスタマイズする新しいProcessing-in-Pixel-in-Memory(P2M)パラダイムを提案する。我々のソリューションは、全体論的アルゴリズム-回路共設計アプローチを含み、結果として生じるP2Mパラダイムは、ファウンデーリ-製造可能なCMOSイメージセンサプラットフォーム内に、メモリ集約型の最初の数層の畳み込みニューラルネットワーク(CNN)モデルを埋め込むためのドロップイン代替として使用できる。実験の結果,P2M はセンサやアナログからデジタル変換へのデータ転送帯域を ~21倍削減し,VWW の TinyML ユースケースにおける MobileNetV2 モデル処理時に発生するエネルギ遅延生成物 (EDP) を,通常の近接処理やインセンサ実装と比較して ~11倍削減できることがわかった。

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