アルゴリズムとハードウェアを再設計しエッジAIを高効率化(UMass Amherst Engineers Make Edge AI More Efficient by Redesigning Both Algorithm and Hardware)

2026-08-17 マサチューセッツ大学アマースト校

米マサチューセッツ大学アマースト校(UMass Amherst)の研究チームは、エッジAIの処理効率を大幅に向上させる新手法を開発した。従来のAI開発では、機械学習アルゴリズムとハードウェアを個別に最適化することが一般的だったが、本研究では両者を同時に設計する「ハードウェア・アルゴリズム協調設計(co-design)」を採用した。研究チームは、計算量やメモリアクセスを削減するニューラルネットワーク構造と、それに最適化された回路アーキテクチャを組み合わせることで、高い推論性能を維持しながら消費電力と処理負荷を低減した。これにより、クラウド接続に依存せず、センサー端末やIoT機器、ウェアラブル機器などの限られた計算資源上でも高度なAI処理が可能になる。研究成果は、リアルタイム監視、自動運転、医療機器、スマートデバイスなど幅広い分野でのエッジAI普及を後押しすると期待される。

アルゴリズムとハードウェアを再設計しエッジAIを高効率化(UMass Amherst Engineers Make Edge AI More Efficient by Redesigning Both Algorithm and Hardware)
TetraMem’s MX100 kit was used for the hyperdimensional in-memory computing project led by Qiangfei Xia of UMass Amherst that was recently published in Nature Communications. Photo by Yi Huang, previously published in Nature Electronics.

<関連情報>

アナログ・メモリスティブ・クロスバーアレイを用いた超次元インメモリコンピューティング Hyperdimensional in-memory computing with analogue memristive crossbar arrays

Yi Huang,Alireza Jaberi Rad,Daniel Belkin,Ning Ge,J. Joshua Yang,Miao Hu & Qiangfei Xia
Nature Communications  Published:28 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-76067-5  Unedited version

Abstract

Deploying large-scale artificial intelligence models for language processing on edge devices is limited by constraints in computational capacity and energy efficiency. To address this challenge, we present a hardware-algorithm co-design framework that leverages analog in-memory computing and hyperdimensional computing for efficient language identification at the edge. By exploiting the inherent randomness and multistate properties of analog memristors, we implement a vector matrix multiplication-based language feature encoding with much reduced hardware complexity. Language classification is then realized with a single-layer perceptron on analog memristive crossbar arrays, eliminating inter-layer activation functions and backward propagation during training that are required in deep neural networks. Experimental implementation on a multicore memristive system-on-a-chip demonstrates a 90% reduction in hardware resources while achieving 95.24% language identification accuracy, the highest reported among hyperdimensional computing implementations on emerging hardware platforms. This work provides a scalable, energy-efficient approach for high-accuracy language processing on edge devices.

1601コンピュータ工学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました