NeuDW-CIM: 비선형 수상돌기(Nonlinear Dendrites) 및 K-Winners를 갖춘 65-nm 0.8-pJ/Sop 재구성

원문 발행 2026. 06. 08. 11:50원문 언어 영어AI 한국어 번역arXiv cs.AR 원문 보기

요약

65nm CMOS 공정을 기반으로 한 고효율 SNN용 NeuDW-CIM 매크로를 제안합니다. 비선형 수상돌기 모드와 Top-K Winner 모드를 통해 높은 정확도와 0.8 pJ/SOP의 뛰어난 에너지 효율을 달성했습니다.

핵심 포인트

65nm CMOS 공정 기반의 SNN용 CIM 매크로 설계
비선형 수상돌기 모드로 N-MNIST 97.2% 정확도 달성
Top-K Winner 메커니즘을 통한 에너지 효율 1.6배 개선
0.8 pJ/SOP의 매우 낮은 에너지 소모 달성

본 연구는 65 nm CMOS 공정으로 구현된 스파이킹 신경망 (SNNs)을 위한 고효율 뉴로모픽 Compute-in-Memory (CIM) 매크로인 NeuDW-CIM을 제시합니다. 이 설계는 삼진 입력/가중치 (ternary in-puts/weights)를 위한 맞춤형 트윈 9T 비트 셀 (twin 9T bit-cell)과 재구성 가능한 비선형 인메모리 ADC (In-Memory ADC, IMA)를 도입합니다. 이 매크로는 두 가지 특화된 모드를 지원합니다: 1) 재구성 가능한 IMA를 활용하여 생물학적 수상돌기 (dendritic) 기능을 모방함으로써 N-MNIST에서 97.2%, DVS Gesture에서 95.5%의 측정 정확도를 달성하는 비선형 수상돌기 (Nonlinear Dendrite, NLD) 모드; 2) IMA 변환 지연 시간을 30% 줄이고 디지털 LIF 지연 시간을 10배 줄이는 조기 종료 (early-stopping) 메커니즘을 특징으로 하는 Top-K Winner (KWN) 모드입니다. KWN 모드의 희소 업데이트 (sparse update) 덕분에, NeuDW-CIM은 0.8 pJ/SOP의 측정된 에너지 효율 (EE)을 달성하였습니다 (1.6배 개선).

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