The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.20
no.2
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pp.165-170
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2020
The spiking neural network operates in a different mechanism than the existing neural network. The existing neural network transfers the output value to the next neuron via an activation function that does not take into account the biological mechanism for the input value to the neuron that makes up the neural network. In addition, there have been good results using deep structures such as VGGNet, ResNet, SSD and YOLO. spiking neural networks, on the other hand, operate more like the biological mechanism of real neurons than the existing activation function, but studies of deep structures using spiking neurons have not been actively conducted compared to in-depth neural networks using conventional neurons. This paper proposes the method of loading an deep neural network model made from existing neurons into a conversion tool and converting it into a spiking deep neural network through the method of replacing an existing neuron with a spiking neuron.
DVS 카메라는 인간의 눈을 모델링하여 만들어져서 화면의 변화에 반응하여 Address - Event - Representation 데이터를 생성하고 이 데이터는 jAER Viwer를 통해 확인할 수 있다. 이렇게 생성된 DVS 카메라의 데이터를 Spiking Neural Network의 입력으로 주기 위해 GPU를 이용한 Spiking Neural Network 시뮬레이터인 GPUSNN과 jAER 사이에 인터페이스가 필요하다. 이 인터페이스를 이용하면 GPUSNN을 통해 비전 알고리즘을 빠르고 효과적으로 Spiking Neural Network 시뮬레이션을 할 수 있을 것이다.
Spiking neural network is a neural network that applies the working principle of real brain neurons. Due to the biological mechanism of neurons, it consumes less power for training and reasoning than conventional neural networks. Recently, as deep learning models become huge and operating costs increase exponentially, the spiking neural network is attracting attention as a third-generation neural network that connects convolution neural networks and recurrent neural networks, and related research is being actively conducted. However, in order to apply the spiking neural network model to the industry, a lot of research still needs to be done, and the problem of model retraining to apply a new model must also be solved. In this paper, we propose a method to minimize the cost of model retraining by extracting the weights of the existing trained deep learning model and converting them into the weights of the spiking neural network model. In addition, it was found that weight conversion worked correctly by comparing the results of inference using the converted weights with the results of the existing model.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.6
no.3
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pp.463-468
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2020
Artificial intelligence researches are being applied and developed in various fields. In this paper, we build a neural network by using the method of implementing artificial intelligence in the form of spiking natural networks (SNN), the next-generation of artificial intelligence research, and analyze how the number of neurons in that neural networks affect the performance of the neural networks. We also analyze how the performance of neural networks changes while increasing the amount of neural network learning. The findings will help optimize SNN-based neural networks used in each field.
Excitability is one of the basic and fundamental mechanisms utilized for signal transmission in living organisms. With reference to the condition by Marek and the condition by Schneider, we found a condition in which excitability with similar shapes can appear by chemical and electric perturbation. Our condition is constructed with 3 chemical channels and 1 electric channel, and can be used as a condition for a chemical spiking neuron and as a unit of a chemical spiking neural network.
The electrocardiogram (ECG) is one of the most extensively employed signals used to diagnose and predict cardiovascular diseases (CVDs). In recent years, several deep learning (DL) models have been proposed to improve detection accuracy. Among these, deep neural networks (DNNs) are the most popular, wherein the features are extracted automatically. Despite the increment in classification accuracy, DL models require exorbitant computational resources and power. This causes the mapping of DNNs to be slow; in addition, the mapping is challenging for a wearable device. Embedded systems have constrained power and memory resources. Therefore full-precision DNNs are not easily deployable on devices. To make the neural network faster and more power-efficient, spiking neural networks (SNNs) have been introduced for fewer operations and less complex hardware resources. However, the conventional SNN has low accuracy and high computational cost. Therefore, this paper proposes a new binarized SNN which modifies the synaptic weights of SNN constraining it to be binary (+1 and -1). In the simulation results, this paper compares the DL models and SNNs and evaluates which model is optimal for ECG classification. Although there is a slight compromise in accuracy, the latter proves to be energy-efficient.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.16
no.9
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pp.2846-2866
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2022
Caenorhabditis elegans exhibits sophisticated chemotaxis behavior through two parallel strategies, klinokinesis and klinotaxis, executed entirely by a small nervous circuit. It is therefore suitable for inspiring fast and energy-efficient solutions for autonomous navigation. As a random search strategy, the Lévy walk is optimal for diverse animals when foraging without external chemical cues. In this study, by combining these biological strategies for the first time, we propose a spiking neural network model for search and contour tracking of specific concentrations of environmental variables. Specifically, we first design a klinotaxis module using spiking neurons. This module works in conjunction with a klinokinesis module, allowing rapid searches for the concentration setpoint and subsequent contour tracking with small deviations. Second, we build a random exploration module. It generates a Lévy walk in the absence of concentration gradients, increasing the chance of encountering gradients. Third, considering local extrema traps, we develop a termination module combined with an escape module to initiate or terminate the escape in a timely manner. Experimental results demonstrate that the proposed model integrating these modules can switch strategies autonomously according to the information from a single sensor and control steering through output spikes, enabling the model worm to efficiently navigate across various scenarios.
Cardiac disease is the most common cause of death worldwide. Therefore, detection and classification of electrocardiogram (ECG) signals are crucial to extend life expectancy. In this study, we aimed to implement an artificial intelligence signal recognition system in field programmable gate array (FPGA), which can recognize patterns of bio-signals such as ECG in edge devices that require batteries. Despite the increment in classification accuracy, deep learning models require exorbitant computational resources and power, which makes the mapping of deep neural networks slow and implementation on wearable devices challenging. To overcome these limitations, spiking neural networks (SNNs) have been applied. SNNs are biologically inspired, event-driven neural networks that compute and transfer information using discrete spikes, which require fewer operations and less complex hardware resources. Thus, they are more energy-efficient compared to other artificial neural networks algorithms.
Hyeonguk Jang;Kyuseung Han;Kwang-Il Oh;Sukho Lee;Jae-Jin Lee;Woojoo Lee
ETRI Journal
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v.46
no.5
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pp.829-838
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2024
SoCs with analog-circuit-based unsigned weight-accumulating spiking neural networks (UWA-SNNs) are a highly promising solution for achieving lowpower AI-SoCs. This paper addresses the challenges that must be overcome to realize the potential of UWA-SNNs in low-power AI-SoCs: (i) the absence of UWA-SNN learning methods and the lack of an environment for developing applications based on trained SNN models and (ii) the inherent issue of testing and validating applications on the system being nearly impractical until the final chip is fabricated owing to the mixed-signal circuit implementation of UWA-SNN-based SoCs. This paper argues that, by integrating the proposed solutions, the development of an EDA tool that enables the easy and rapid development of UWA-SNN-based SoCs is feasible, and demonstrates this through the development of the SNN eXpress (SNX) tool. The developed SNX automates the generation of RTL code, FPGA prototypes, and a software development kit tailored for UWA-SNN-based application development. Comprehensive details of SNX development and the performance evaluation and verification results of two AI-SoCs developed using SNX are also presented.
Sung-Eun Kim;Kwang-Il Oh;Taewook Kang;Sukho Lee;Hyuk Kim;Mi-Jeong Park;Jae-Jin Lee
ETRI Journal
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v.46
no.5
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pp.878-889
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2024
To expand the scale of spiking neural networks (SNNs), an interface circuit that supports multiple SNN cores is essential. This circuit should be designed using an asynchronous approach to leverage characteristics of SNNs similar to those of the human brain. However, the absence of a global clock presents timing issues during implementation. Hence, we propose an intermediate latching template to establish asynchronous nonlinear connectivity with multipipeline processing between multiple SNN cores. We design arbitration and distribution blocks in the interface circuit based on the proposed template and fabricate an interface circuit that supports four SNN cores using a full-custom approach in a 28-nm CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) FDSOI (fully depleted silicon on insulator) process. The proposed template can enhance throughput in the interface circuit by up to 53% compared with the conventional asynchronous template. The interface circuit transmits spikes while consuming 1.7 and 3.7 pJ of power, supporting 606 and 59 Mevent/s in intrachip and interchip communications, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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