计算机研究与发展

作者：宋玉红,沙行勉,诸葛晴凤,许瑞,王寒,

关键词：边缘设备, 随机计算, 运行时重配置, 动态硬件环境, 轻量级软件重配置, 强化学习,

随着人工智能民主化的发展，深度神经网络已经被广泛地应用于移动嵌入式设备上，例如智能手机和自动驾驶领域等.随机计算作为一种新兴的、有前途的技术在执行机器学习任务时使用简单的逻辑门而不是复杂的二进制算术电路.它具有在资源（如能源、计算单元和存储单元等）受限的边缘设备上执行深度神经网络低能耗、低开销的优势.然而，之前的关于随机计算的工作都仅仅设计一组模型配置并在固定的硬件配置上实现，忽略了实际应用场景中硬件资源（如电池电量）的动态改变，这导致了低硬件效率和短电池使用时间.为了节省电池供电的边缘设备的能源，动态电压和频率调节技术被广泛用于硬件重配置以延长电池的使用时间.针对基于随机计算的深度神经网络，创新性地提出了一个运行时可重配置框架，即RR-SC，这个框架首次尝试将硬件和软件的重配置相结合以满足任务的时间约束并最大限度节省能源.RR-SC利用强化学习技术可以一次性生成多组模型配置，同时满足不同硬件配置（即不同的电压/频率等级）下的准确率要求.RR-SC得到的解具有最好的准确率和硬件效率权衡.同时，多个模型配置运行时在同一个主干网络上进行切换，从而实现轻量级的软件重配置.实验结果表明，RR-SC可以在110ms内进行模型配置的轻量级切换，以保证在不同硬件级别上所需的实时约束.同时，它最高可以实现7.6倍的模型推理次数提升，仅造成1%的准确率损失.

来源：2024年第4期

《计算机研究与发展》期刊编辑部

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