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TDFormer: A Top-Down Attention-Controlled Spiking Transformer

Created by
  • Haebom

저자

Zizheng Zhu, Yingchao Yu, Zeqi Zheng, Zhaofei Yu, Yaochu Jin

개요

기존의 스파이킹 신경망(SNNs)은 각 시간 단계마다 실행되는 여러 하위 네트워크의 조합으로 볼 수 있으며, 매개변수는 공유되고 막 전위가 하위 네트워크 간 유일한 정보 연결 역할을 합니다. 하지만 막 전위의 암시적인 특성으로 인해 시간 정보를 효과적으로 표현하는 데 한계가 있습니다. 결과적으로 각 시간 단계에서 이전 시간 단계의 정보를 완전히 활용하지 못하여 모델 성능이 심각하게 제한됩니다. 본 논문에서는 뇌의 상향식 메커니즘에서 영감을 얻어, 계층적으로 작동하고 이전 시간 단계의 고차원 표현을 활용하여 후속 단계의 저차원 정보 처리를 조절하는 상향식 피드백 구조를 갖는 새로운 모델인 TDFormer를 제안합니다. 피드백 구조는 두 가지 측면에서 역할을 합니다. 1) 순전파 중에 모델은 시간 단계 간 상호 정보를 증가시켜 더 풍부한 시간 정보가 전달되고 통합됨을 보여줍니다. 2) 역전파 중에 피드백 구조가 시간 차원에 따른 기울기 소멸 문제를 완화한다는 것을 이론적으로 증명합니다. 이러한 메커니즘을 통해 여러 데이터셋에서 모델 성능이 상당하고 일관되게 향상됩니다. 특히, ImageNet에서 86.83%의 정확도로 최첨단 성능을 달성합니다.

시사점, 한계점

시사점:
시간 정보를 효과적으로 처리하는 새로운 SNN 구조인 TDFormer 제안
상향식 피드백 구조를 통해 시간 단계 간 상호 정보 증가 및 기울기 소멸 문제 완화
ImageNet에서 최첨단 성능 달성 (86.83%)
SNN의 성능 향상에 대한 새로운 방향 제시
한계점:
TDFormer의 계산 비용 및 복잡도에 대한 분석 부족
다양한 SNN 아키텍처 및 데이터셋에 대한 일반화 성능 검증 필요
상향식 피드백 구조의 최적 설계 및 매개변수 조정에 대한 추가 연구 필요
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