論文の概要: Low-Energy On-Device Personalization for MCUs

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.08040v4
• Date: Tue, 01 Oct 2024 14:08:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-02 16:31:39.612638
• Title: Low-Energy On-Device Personalization for MCUs
• Title（参考訳）: MCUの低エネルギーオンデバイスパーソナライズ
• Authors: Yushan Huang, Ranya Aloufi, Xavier Cadet, Yuchen Zhao, Payam Barnaghi, Hamed Haddadi,
• Abstract要約: マイクロコントローラユニット(MCU)は、低コストとエネルギー消費のためにエッジアプリケーションに理想的なプラットフォームである。 ローカルオンデバイスパーソナライズのための既存のアプローチは、主に単純なMLアーキテクチャをサポートするか、複雑なローカル事前トレーニング/トレーニングを必要とする。 本稿では,効率よく低エネルギーなMCUパーソナライズ手法である$MicroT$を紹介する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.540045123542394
• License:
• Abstract: Microcontroller Units (MCUs) are ideal platforms for edge applications due to their low cost and energy consumption, and are widely used in various applications, including personalized machine learning tasks, where customized models can enhance the task adaptation. However, existing approaches for local on-device personalization mostly support simple ML architectures or require complex local pre-training/training, leading to high energy consumption and negating the low-energy advantage of MCUs. In this paper, we introduce $MicroT$, an efficient and low-energy MCU personalization approach. $MicroT$ includes a robust, general, but tiny feature extractor, developed through self-supervised knowledge distillation, which trains a task-specific head to enable independent on-device personalization with minimal energy and computational requirements. MicroT implements an MCU-optimized early-exit inference mechanism called stage-decision to further reduce energy costs. This mechanism allows for user-configurable exit criteria (stage-decision ratio) to adaptively balance energy cost with model performance. We evaluated MicroT using two models, three datasets, and two MCU boards. $MicroT$ outperforms traditional transfer learning (TTL) and two SOTA approaches by 2.12 - 11.60% across two models and three datasets. Targeting widely used energy-aware edge devices, MicroT's on-device training requires no additional complex operations, halving the energy cost compared to SOTA approaches by up to 2.28X while keeping SRAM usage below 1MB. During local inference, MicroT reduces energy cost by 14.17% compared to TTL across two boards and two datasets, highlighting its suitability for long-term use on energy-aware resource-constrained MCUs.
• Abstract（参考訳）: マイクロコントローラユニット(MCU)は、低コストとエネルギー消費のためにエッジアプリケーションにとって理想的なプラットフォームであり、カスタマイズされたモデルによってタスク適応が向上するパーソナライズされた機械学習タスクなど、様々なアプリケーションで広く利用されている。 しかし、ローカルオンデバイスパーソナライズのための既存のアプローチは、主に単純なMLアーキテクチャをサポートするか、複雑なローカルトレーニング/トレーニングを必要とするため、高エネルギー消費とMCUの低エネルギー優位性を否定する。 本稿では,効率よく低エネルギーなMCUパーソナライズ手法である$MicroT$を紹介する。 $MicroT$には、自己監督型知識蒸留によって開発された、堅牢で汎用的で小さな特徴抽出器が含まれており、タスク固有のヘッドを訓練して、最小限のエネルギーと計算要求でデバイス上の個別化を可能にする。 MicroTは、エネルギーコストをさらに削減するために、ステージ決定と呼ばれる、MCU最適化の早期終了推論機構を実装している。 このメカニズムにより、ユーザ設定可能な出口基準(ステージ-決定比)をモデル性能と適応的にエネルギーコストのバランスをとることができる。 2つのモデル、3つのデータセット、2つのMCUボードを用いてMicroTを評価した。 $MicroT$は、2つのモデルと3つのデータセットで2.12～11.60%の従来の転送学習(TTL)と2つのSOTAアプローチを上回っている。 広く使われているエネルギーを意識したエッジデバイスをターゲットに、MicroTのオンデバイストレーニングでは、SRAM使用率を1MB以下に保ちながら、SOTAアプローチの最大2.28倍までのエネルギーコストを半分にする、追加の複雑な操作を必要としない。 ローカル推論において、MicroTは2つのボードと2つのデータセットのTTLと比較して14.17%のエネルギーコストを削減し、エネルギーを意識した資源制約型MCUの長期使用に適していることを強調している。

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