SwiftTron: An Efficient Hardware Accelerator for Quantized Transformers

计算机科学 变压器 计算机硬件 专用集成电路 计算 加法器 量化(信号处理) 嵌入式系统 CMOS芯片 计算机体系结构 电气工程 工程类 算法 电压
作者
Alberto Marchisio,Davide Dura,Maurizio Capra,Maurizio Martina,Guido Masera,Muhammad Shafique
标识
DOI:10.1109/ijcnn54540.2023.10191521
摘要

Transformers' compute- intensive operations pose enormous challenges for their deployment in resource- constrained EdgeAI / tiny ML devices. As an established neural network compression technique, quantization reduces the hardware computational and memory resources. In particular, fixed-point quantization is desirable to ease the computations using lightweight blocks, like adders and multipliers, of the underlying hardware. However, deploying fully-quantized Transformers on existing general-purpose hardware, generic AI accelerators, or specialized architectures for Transformers with floating-point units might be infeasible and/or inefficient. Towards this, we propose SwiftTron, an efficient specialized hardware accelerator designed for Quantized Transformers. SwiftTron supports the execution of different types of Transformers' operations (like Attention, Softmax, GELU, and Layer Normalization) and accounts for diverse scaling factors to perform correct computations. We synthesize the complete SwiftTron architecture in a 65 nm CMOS technology with the ASIC design flow. Our Accelerator executes the RoBERTa-base model in 1.83 ns, while consuming 33.64 mW power, and occupying an area of 273 mm 2 • To ease the reproducibility, the RTL of our SwiftTron architecture is released at https://github.com/albertomarchisio/SwiftTron.

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