論文の概要: Physical Analog Kolmogorov-Arnold Networks based on Reconfigurable Nonlinear-Processing Units

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.07518v1
• Date: Sat, 07 Feb 2026 12:33:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-10 20:26:24.662209
• Title: Physical Analog Kolmogorov-Arnold Networks based on Reconfigurable Nonlinear-Processing Units
• Title（参考訳）: 再構成可能な非線形プロセシングユニットに基づく物理アナログKolmogorov-Arnoldネットワーク
• Authors: Manuel Escudero, Mohamadreza Zolfagharinejad, Sjoerd van den Belt, Nikolaos Alachiotis, Wilfred G. van der Wiel,
• Abstract要約: Kolmogorov-Arnold Networks (KAN) はニューラルネットワークを線形層から学習可能な非線形エッジ関数にシフトする。 ここでは、再構成可能な非線形処理ユニット(RNPU)を用いて、マテリアでエッジ関数が実現される物理アナログkanアーキテクチャを紹介する。 我々は,プログラム可能な非線形変換を用いたコンパクトな感性回帰と分類を可能にする,現実的なシステムレベルのハードウェア実装を確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Kolmogorov-Arnold Networks (KANs) shift neural computation from linear layers to learnable nonlinear edge functions, but implementing these nonlinearities efficiently in hardware remains an open challenge. Here we introduce a physical analog KAN architecture in which edge functions are realized in materia using reconfigurable nonlinear-processing units (RNPUs): multi-terminal nanoscale silicon devices whose input-output characteristics are tuned via control voltages. By combining multiple RNPUs into an edge processor and assembling these blocks into a reconfigurable analog KAN (aKAN) architecture with integrated mixed-signal interfacing, we establish a realistic system-level hardware implementation that enables compact KAN-style regression and classification with programmable nonlinear transformations. Using experimentally calibrated RNPU models and hardware measurements, we demonstrate accurate function approximation across increasing task complexity while requiring fewer or comparable trainable parameters than multilayer perceptrons (MLPs). System-level estimates indicate an energy per inference of $\sim$250 pJ and an end-to-end inference latency of $\sim$600 ns for a representative workload, corresponding to a $\sim$10$^{2}$-10$^{3}\times$ reduction in energy accompanied by a $\sim$10$\times$ reduction in area compared to a digital fixed-point MLP at similar approximation error. These results establish RNPUs as scalable, hardware-native nonlinear computing primitives and identify analog KAN architectures as a realistic silicon-based pathway toward energy-, latency-, and footprint-efficient analog neural-network hardware, particularly for edge inference.
• Abstract（参考訳）: Kolmogorov-Arnold Networks (KANs) はニューラルネットワークを線形層から学習可能な非線形エッジ関数にシフトするが、これらの非線形性をハードウェアで効率的に実装することは未解決の課題である。 本稿では, 入力出力特性を制御電圧で調整した多端子ナノスケールシリコンデバイスであるRNPUを用いて, メタリアでエッジ関数を実現する物理アナログkanアーキテクチャを提案する。 複数のRNPUをエッジプロセッサに結合し、これらのブロックを複合信号インタフェースで再構成可能なアナログkan(aKAN)アーキテクチャに組み込むことで、コンパクトなkan型回帰とプログラム可能な非線形変換による分類を可能にする現実的なシステムレベルのハードウェア実装を確立する。 実験的に校正されたRNPUモデルとハードウェア計測を用いて、タスクの複雑さを増大させながら、マルチ層パーセプトロン(MLP)よりも少ないもしくは同等のトレーニング可能なパラメータを必要とする、正確な関数近似を実証する。 システムレベル推定は、$\sim$250 pJのエネルギーと、代表ワークロードに対する$\sim$600 nsのエンドツーエンドの推論遅延を示し、$\sim$10$^{2}$-10$^{3}\times$のエネルギー削減と、$\sim$10$\times$の面積削減を、同様の近似誤差でデジタル固定点MLPと比較する。 これらの結果は、RNPUをスケーラブルでハードウェアネイティブな非線形コンピューティングプリミティブとして確立し、特にエッジ推論において、エネルギー、レイテンシ、フットプリント効率のよいアナログニューラルネットワークハードウェアへの現実的なシリコンベースの経路としてアナログkanアーキテクチャを識別する。

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