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2020 年度 実績報告書

アナログ信号の機械学習のためのアナログ・デジタル混在再構成システム

研究課題

研究課題/領域番号 18K11223
研究機関北九州市立大学

研究代表者

中武 繁寿  北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (10282831)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード機械学習 / アナログ・パーセプトロン回路 / DACベース乗算器 / 低電力ニューラルネットワーク回路
研究実績の概要

工場、農場、都市など様々な地域で活用する無線センサノード向け機械学習ハー ドウエアの開発を目標としている。ただし、従来のGPUやFPGAベースのニューラ ルネットワークアーキテクチャとは異なり、大規模な計算を犠牲する一方で、ア ナログ信号を直接扱うことで、小型でかつ低消費電力のアーキテクチャを提案す る。ここでは、DACベースの乗算器を導入したパーセプトロン回路を提案してい る。今年度は、これまでの研究成果のまとめ、および今後の展開に関する研究を 行った。
(1) 提案回路のCMOS0.6umプロセスにおける試作評価をまとめ、国際会議に投稿 (採択)し、その拡張版を電子ジャーナルに投稿した(採録)。
(2) 2〜3ビット分解能のDAC乗算器を用いた回路に相当するニューラルネット ワークを実装し、心拍による心臓疾患の判定に関する検証を行い、通常の多層 ニューラルネットワークとほぼ同等の結果を得ることができた。
(3) 多様な環境音(ノイズ)を含む音声認識をテストするためのベンチマーク データを整理し、2〜3ビット分解能DAC乗算器を用いた回路に相当するニューラ ルネットワークを実装し、90%以上の正解率を得ることができることを確認した。
(4) BNNの学習方法において、バッチサイズと学習率を動的に切り替えることに より、過学習や学習時間の短縮ができる結果を得ることができた。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件)

  • [雑誌論文] Approximate Decomposition of Multi-output LUTs under Acceptable Error Tolerance2021

    • 著者名/発表者名
      Xuechen Zang, Shigetoshi Nakatake, Hiroyuki Kozutsumi, Mitsunori Katsu, Shoichi Sekiguch
    • 雑誌名

      Proceedings of SASIMI2021

      巻: 1 ページ: 137-141

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Implementation of Analog Perceptron as an Essential Element of Configurable Neural Networks2020

    • 著者名/発表者名
      Chao Geng, Qingji Sun, Shigetoshi Nakatake
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 20 ページ: 4222

    • DOI

      10.3390/s20154222

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] An Analog CMOS Implementation for Multi-layer Perceptron With ReLU Activation2020

    • 著者名/発表者名
      Chao Geng, Qingji Sun, Shigetoshi Nakatake
    • 雑誌名

      Proceedings of MOCAST2020

      巻: 1 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/MOCAST49295.2020.9200299

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Fully Synthesizable, 0.3V, 10nW Rail-to-rail Dynamic Voltage Comparator2020

    • 著者名/発表者名
      Xuncheng Zou, Shigetoshi Nakatake
    • 雑誌名

      Proceedings of MWSCAS2020

      巻: 1 ページ: 199-202

    • DOI

      10.1109/MWSCAS48704.2020.9184498

    • 査読あり

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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