論文の概要: HEANA: A Hybrid Time-Amplitude Analog Optical Accelerator with Flexible Dataflows for Energy-Efficient CNN Inference

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.03247v3
• Date: Sun, 15 Dec 2024 19:36:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-17 13:49:20.974793
• Title: HEANA: A Hybrid Time-Amplitude Analog Optical Accelerator with Flexible Dataflows for Energy-Efficient CNN Inference
• Title（参考訳）: HEANA:エネルギー効率の良いCNN推論のためのフレキシブルデータフローを持つハイブリッド時間振幅アナログ光加速器
• Authors: Sairam Sri Vatsavai, Venkata Sai Praneeth Karempudi, Ishan Thakkar,
• Abstract要約: 本稿では、HEANAと呼ばれる新しいハイブリッドTimE Amplitude aNalog光加速器を提案する。 HEANAは、複数のデータフローをサポートするためのHEANAの柔軟性を高めるために、ハイブリッド時間振幅アナログ光乗算器(TAOM)を採用している。 現代CNNの4つの評価から, HEANAはFPS(F frames-per-second)とFPS/W(エネルギー効率)において最大66倍, 84倍の改善を実現していることが示された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Several photonic microring resonators (MRRs) based analog accelerators have been proposed to accelerate the inference of integer-quantized CNNs with remarkably higher throughput and energy efficiency compared to their electronic counterparts. However, the existing analog photonic accelerators suffer from three shortcomings: (i) severe hampering of wavelength parallelism due to various crosstalk effects, (ii) inflexibility of supporting various dataflows other than the weight-stationary dataflow, and (iii) failure in fully leveraging the ability of photodetectors to perform in-situ accumulations. These shortcomings collectively hamper the performance and energy efficiency of prior accelerators. To tackle these shortcomings, we present a novel Hybrid timE Amplitude aNalog optical Accelerator, called HEANA. HEANA employs hybrid time-amplitude analog optical multipliers (TAOMs) that increase the flexibility of HEANA to support multiple dataflows. A spectrally hitless arrangement of TAOMs significantly reduces the crosstalk effects, thereby increasing the wavelength parallelism in HEANA. Moreover, HEANA employs our invented balanced photo-charge accumulators (BPCAs) that enable buffer-less, in-situ, temporal accumulations to eliminate the need to use reduction networks in HEANA, relieving it from related latency and energy overheads. Our evaluation for the inference of four modern CNNs indicates that HEANA provides improvements of atleast 66x and 84x in frames-per-second (FPS) and FPS/W (energy-efficiency), respectively, for equal-area comparisons, on gmean over two MRR-based analog CNN accelerators from prior work.
• Abstract（参考訳）: いくつかのフォトニックマイクロリング共振器(MRR)をベースとしたアナログ加速器は、電子回路に比べて非常に高いスループットとエネルギー効率で整数量子化CNNの推論を高速化するために提案されている。 しかし、既存のアナログフォトニック加速器には3つの欠点がある。 一 様々なクロストーク効果による波長並列性の厳しい妨害 二 重量定常データフロー以外の各種データフローを支持できないこと、及び 三)光検出器がその場で蓄積する能力を完全に活用できないこと。 これらの欠点は、以前の加速器の性能とエネルギー効率を総括的に妨げている。 これらの欠点に対処するため,Hybrid timE Amplitude aNalog optical Accelerator(HEANA)を提案する。 HEANAは、複数のデータフローをサポートするためのHEANAの柔軟性を高めるために、ハイブリッド時間振幅アナログ光乗算器(TAOM)を採用している。 TAOMのスペクトル的ヒットレス配置はクロストーク効果を著しく低減し、HEANAの波長並列性を高める。 さらに, HEANAでは, バッファレス, その場, 時間的蓄積が可能な平衡光電荷蓄積器 (BPCA) を用いて, HEANAの低減ネットワークを不要にし, 関連する遅延やエネルギーオーバーヘッドを軽減している。 近年の4つのCNNを推定すると、HEANAはフレーム毎秒(FPS)とFPS/W(エネルギ効率)において最大66倍と84倍の改善を提供しており、それぞれが等価領域の比較において、MRRをベースとした2つのアナログCNNアクセラレーターのgmean上で先行研究を行った。

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