Characterizing a Neutron-Induced Fault Model for Deep Neural Networks

Autor: Fernando Fernandes dos Santos, Angeliki Kritikakou, Josie E. Rodriguez Condia, Juan-David Guerrero-Balaguera, Matteo Sonza Reorda, Olivier Sentieys, Paolo Rech
Přispěvatelé: Architectures matérielles spécialisées pour l’ère post loi-de-Moore (TARAN), Inria Rennes – Bretagne Atlantique, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-ARCHITECTURE (IRISA-D3), Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA), Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes 1 (UR1), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Politecnico di Torino = Polytechnic of Turin (Polito), Università degli Studi di Trento (UNITN), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program under the Marie Sklodowska-Curie (MSCA) grant agreement No 899546., ANR-21-CE24-0015,RE-TRUSTING,Architectures matérielles fiable pour l'Intelligence Artificielle de confiance(2021)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: IEEE Transactions on Nuclear Science
IEEE Transactions on Nuclear Science, In press
HAL
ISSN: 0018-9499
Popis: International audience; The reliability evaluation of Deep Neural Networks (DNNs) executed on Graphic Processing Units (GPUs) is a challenging problem since the hardware architecture is highly complex and the software frameworks are composed of many layers of abstraction. While software-level fault injection is a common and fast way to evaluate the reliability of complex applications, it may produce unrealistic results since it has limited access to the hardware resources and the adopted fault models may be too naive (i.e., single and double bit flip). Contrarily, physical fault injection with neutron beam provides realistic error rates but lacks fault propagation visibility. This paper proposes a characterization of the DNN fault model combining both neutron beam experiments and fault injection at software level. We exposed GPUs running General Matrix Multiplication (GEMM) and DNNs to beam neutrons to measure their error rate. On DNNs, we observe that the percentage of critical errors can be up to 61%, and show that ECC is ineffective in reducing critical errors. We then performed a complementary software-level fault injection, using fault models derived from RTL simulations. Our results show that by injecting complex fault models, the YOLOv3 misdetection rate is validated to be very close to the rate measured with beam experiments, which is 8.66× higher than the one measured with fault injection using only single-bit flips.
Databáze: OpenAIRE
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