• 문화기술의 융합
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• 제6권3호
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• pp.463-468
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• 2020

인공지능 연구는 다양한 분야에 적용되며 발전하고 있다. 본 논문에서는 차세대 인공지능 연구 분야인 SNN(Spiking Neural Networks) 형태의 인공지능 구현 방식을 사용하여 신경망을 구축하고, 그 신경망에서 뉴런의 개수가 신경망의 성능에 어떠한 영향을 미치는지를 분석한다. 또한 신경망 학습량을 증가시키면서 신경망의 성능이 어떻게 바뀌는지를 분석한다. 해당 연구 결과를 통해 각 분야에서 사용되는 SNN 기반의 신경망을 최적화 할 수 있을 것이다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2021년도 춘계학술발표대회
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• pp.347-350
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• 2021

본 논문에서는 지도학습(Supervised Learning)알고리즘을 사용하는 모듈러 스파이킹 신경회로망(Modular Spiking Neural Networks)에서 학습의 진행 상황에 맞추어 학습용 데이터를 사용하는 다중 단계 학습알고리즘을 제안한다. 또한 컴퓨터 시뮬레이션에 의하여 항공영상 클러스터링 문제에 적용한 결과를 보임으로써 실제적인 문제에서의 적용 타당성과 가능성을 보인다.

• 스마트미디어저널
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• 제11권3호
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• pp.26-30
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• 2022

스파이킹 신경망은 실제 두뇌 뉴런의 작동원리를 적용한 신경망으로, 뉴런의 생물학적 메커니즘으로 인해 기존 신경망보다 학습과 추론에 소모되는 전력이 적다. 최근 딥러닝 모델이 거대해지며 운용에 소모되는 비용 또한 기하급수적으로 증가함에 따라 스파이킹 신경망은 합성곱, 순환 신경망을 잇는 3세대 신경망으로 주목받으며 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 스파이킹 신경망 모델을 산업에 적용하기 위해서는 아직 선행되어야 할 연구가 많이 남아있고, 새로운 모델을 적용하기 위한 모델 재학습 문제 역시 해결해야 한다. 본 논문에서는 기존의 학습된 딥러닝 모델의 가중치를 추출하여 스파이킹 신경망 모델의 가중치로 변환하는 것으로 모델 재학습 비용을 최소화하는 방법을 제안한다. 또한, 변환된 가중치를 사용한 추론 결과와 기존 모델의 결과를 비교해 가중치 변환이 올바르게 작동함을 보인다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.165-170
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• 2020

스파이킹 신경망은 기존 신경망과 다른 메커니즘으로 동작한다. 기존 신경망은 신경망을 구성하는 뉴런으로 들어오는 입력 값에 대해 생물학적 메커니즘을 고려하지 않은 활성화 함수를 거쳐 다음 뉴런으로 출력 값을 전달한다. 뿐만 아니라 VGGNet, ResNet, SSD, YOLO와 같은 심층 구조를 사용한 좋은 성과들이 있었다. 반면 스파이킹 신경망은 기존 활성화함수 보다 실제 뉴런의 생물학적 메커니즘과 유사하게 동작하는 방식이지만 스파이킹 뉴런을 사용한 심층구조에 대한 연구는 기존 뉴런을 사용한 심층 신경망과 비교해 활발히 진행되지 않았다. 본 논문은 기존 뉴런으로 만들어진 심층 신경망 모델을 변환 툴에 로드하여 기존 뉴런을 스파이킹 뉴런으로 대체하여 스파이킹 심층 신경망으로 변환하는 방법에 대해 제안한다.

• 문화기술의 융합
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• 제8권5호
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• pp.613-618
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• 2022

SNN(Spiking Neural Networks) 기반의 인공지능 연구는 현재 유행하는 DNN(Deep Neural Networks) 기반의 인공지능의 한계를 극복할 수 있는 차세대 인공지능으로서 주목받고 있다. 본 논문에서는 SNN 형태의 입력을 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템에서 구동시킬 수 있는 시스템 SW인 SNN 컴파일러의 구조에 대하여 설명한다. 또한 컴파일러 구현을 위하여 사용된 알고리즘을 소개하고 매핑 알고리즘의 동작 형태에 따라 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템에서 수행시간이 어떻게 달라지는지에 대한 실험결과를 제시한다. 본문에서 제안한 매핑 알고리즘은 랜덤 매핑에 비해 최대 3.96배의 수행속도 향상이 있었다. 해당 연구 결과를 통해 SNN들을 다양한 뉴로모픽 하드웨어에서 적용할 수 있을 것이다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2020년도 추계학술발표대회
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• pp.793-795
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• 2020

본 논문에서는 스파이킹 뉴론(Spiking Neuron)들이 쿨롱에너지 포텐셜 (Coulomb Energy Potential)을 가지는 스파이킹 신경회로망에서의 학습알고리즘을 일반화하여 구간연산(Interval Arithmetic)의 학습이 가능한 학습알고리즘을 제안한다. 제안하는 학습알고리즘은 입력 데이터로서 구간(Interval) 데이터와 포인트(Point) 데이터를 모두 학습 할 수 있는 일반화된 학습알고리즘으로서 간단한 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 범위(Lower bound & Upper bound)를 가지는 구간데이터와 포인트데이터의 통합적인 학습이 가능하고 전문가시스템(expert system)에서의 "don't care attributes"의 학습 등에도 활용이 가능함을 보인다.

• 센서학회지
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• 제31권1호
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• pp.16-23
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• 2022

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.

• 센서학회지
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• 제30권1호
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• pp.20-24
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• 2021

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.

• ETRI Journal
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• 제46권5호
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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.

• ETRI Journal
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• 제46권5호
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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.