PofoliaPofolia ile paylaşıldı

Advanced Science· 2026Q1

Cihaz Stokastikliği Doğrudan Sıçrayan Nöronlarda Bayesçi Örneklemeyi Uygular

Device Stochasticity Directly Implements Bayesian Sampling in Spiking Neurons

Huannan Zheng, Jingli Liu, Kezhou Yang

Kısa özet

Manyetik tünel bağlantılarının (MTJ) içsel stokastik anahtarlaması, sıçrayan nöronların Bayesçi çıkarım için fiziksel olarak örnekleme yapmasını sağlar, bu da vekil-gradyan eğitimine göre 22 kata kadar hızlanma ve MNIST ve Fashion-MNIST üzerinde uygun doğruluk-kalibrasyon ödünleşmeleri elde eder.

Yapay zekâ ile başlık ve abstract'tan üretildi; tam metin okunmaz.

Ana noktalar

  • Manyetik tünel bağlantılarının (MTJ) içsel stokastikliği, Bayesçi örnekleme için stokastik eşikli sıçrayan nöronlara eşlenir.
  • Öğrenilmiş eşik dağılımlarına sahip bir sıçrayan Bayesçi sinir ağı (SBNN) geliştirildi.
  • Bir oran-tahmin yöntemi, vekil-gradyan yöntemlerine kıyasla eğitimde 22 kata kadar hızlanma sağladı.
  • SBNN, MNIST ve Fashion-MNIST üzerinde uygun doğruluk-kalibrasyon ödünleşmeleri gösterdi ve gürültü altında SNN'lerden daha iyi performans gösterdi.
  • Fiziksel MTJ'ler kullanılarak yapılan donanım-yazılım döngüsü doğrulaması, yazılım çıkarım sonuçlarıyla yakından eşleşti.

Yapay zekâ ile başlık ve abstract'tan üretildi; tam metin okunmaz.

Özet (abstract)

ABSTRACT Device stochasticity is considered a non‐ideality in neuromorphic hardware, although stochastic neural activity supports probabilistic computation in biological systems. We show that intrinsic stochastic switching of magnetic tunnel junctions (MTJs) can be mapped to stochastic‐threshold spiking neurons, providing a physical sampling primitive for Bayesian spiking inference. We develop a spiking Bayesian neural network (SBNN) with neuronal threshold distributions learned during training and sampled during inference. We also introduce a rate‐estimation method that propagates firing probabilities rather than explicit spike sequences, achieving up to a 22‐fold speedup over surrogate‐gradient training. Compared with representative Bayesian neural‐network baselines, SBNN achieves favorable accuracy‐calibration trade‐offs, reaching high accuracy across static and event datasets and low negative log likelihood in both MNIST and Fashion‐MNIST. On MNIST, SBNN retains accuracy under a normalized weight‐noise standard deviation of 0.20 and under an input‐noise standard deviation of 0.25, compared with and , respectively, for the spiking neural network (SNN). Hardware‐in‐the‐loop validation using physical MTJ switching for sampling and software for network arithmetic closely matches software inference in spiking behavior and classification performance. This suggests that intrinsic device stochasticity can be transformed from a hardware non‐ideality into a Bayesian computational resource for compact and noise‐tolerant neuromorphic systems.

Yazarların özeti; kaynağından alınmıştır. Advanced Science, 2026 · DOI ↗

ÇıkarımlarPremium
Makaleye SorÜcretsiz hesapla

Ücretsiz hesapla devam et

Makaleye Sor ile bu makaleye günde 3 soru ücretsiz; makaleyi kaydet, kaynakçasını al, ilgi alanına göre her gün yeni özetler. Çıkarımlar Premium.

Web'de ücretsiz devam et

Google ya da Apple hesabınla giriş; kart istemez. Bu makaleye geri dönersin.

Telefonda:

Alan: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği

Electrical and Electronic EngineeringEngineering