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發(fā)布時間:2022-12-19作者來源:薩科微瀏覽:2953
近日,第68屆國際電子器件大會(IEDM 2022)在美國舊金山召開,其中清華大學集成電路學院錢鶴、吳華強團隊發(fā)表了4篇學術(shù)論文,報道了存算一體技術(shù)領(lǐng)域的[敏感詞]進展。四篇文章涉及單片三維集成混合存算一體架構(gòu)、存算一體芯片的多尺度熱建模、基于存算一體的同態(tài)加密和存算通一體多個前沿領(lǐng)域。其中博士生安然和博士生李怡均發(fā)表的基于單片三維集成的混合存算一體架構(gòu)工作獲得IEEE Brain[敏感詞]論文獎 (IEEE Brain “Best Paper” Award)。自2016年始,團隊已連續(xù)七年在IEDM大會上累計發(fā)表論文十八篇。
IEDM ( International Electron Devices Meeting ) 始于1955年,是國際微電子器件領(lǐng)域的[敏感詞]會議,在國際微電子領(lǐng)域享有權(quán)威的學術(shù)地位和廣泛的影響力,被譽為“微電子器件領(lǐng)域的奧林匹克盛會”。IEDM主要報道國際微電子器件領(lǐng)域的[敏感詞]研究進展,以及該領(lǐng)域極具應用前景的研究成果,是全球知名學術(shù)機構(gòu)、高校以及行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)報告其[敏感詞]研究成果和技術(shù)突破的主要窗口與平臺,被稱為國際微電子器件領(lǐng)域的“風向標”。
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基于單片三維集成的混合存算一體架構(gòu)
人工智能的快速發(fā)展對芯片的算力與能效提出了越來越高的要求。模擬型RRAM陣列能以極高的效率執(zhí)行矩陣-向量乘法(MVM)運算,然而實際神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還包含如邏輯、緩存、激活函數(shù)(如ReLU)和重排等操作,目前無法在RRAM陣列上有效執(zhí)行。此外,RRAM陣列和緩存之間需要通過總線進行的頻繁數(shù)據(jù)傳輸,有限的帶寬也會導致顯著的延遲,限制計算的并行度。該論文提出了一種基于單片三維集成的混合存算一體架構(gòu),實現(xiàn)了硅CMOS邏輯層、基于RRAM的存算一體層和基于碳納米管(CNT)/氧化銦鎵鋅(IGZO)的近存計算層的片上垂直堆疊,通過高密度層間通孔(ILV)提供的超高帶寬優(yōu)勢,可以高效地實現(xiàn)大規(guī)模復雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運算。此外,該論文利用后道兼容低溫工藝首次實現(xiàn)基于CNT/IGZO的后道CFET結(jié)構(gòu),以此為基礎(chǔ)單元實現(xiàn)后道CMOS近存計算功能層,實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層之間的緩存和邏輯運算。該工作以 A Hybrid Computing-In-Memory Architecture by Monolithic 3D Integration of BEOL CNT/IGZO-based CFET Logic and Analog RRAM 為題發(fā)表。材料學院博士生安然和集成電路學院博士生李怡均為該論文共同[敏感詞]作者,集成電路學院唐建石副教授、吳華強教授以及材料學院李正操教授為本論文共同通訊作者。
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基于RRAM的存算一體芯片的
多尺度熱模型
基于RRAM的存算一體芯片近年來得到了廣泛關(guān)注與研究,芯片的集成規(guī)模和算力不斷提高。但是,芯片的功耗密度,也在不斷提高。并且由于RRAM陣列在計算過程中會全并行開啟,造成局部的高功耗與熱點。而RRAM器件作為模擬器件,其電導對于溫度是敏感的,溫度的升高會造成RRAM電導的漂移,進而引起芯片計算精度下降。該工作對基于 RRAM 的存算一體芯片進行了多尺度熱建模,對影響溫度分布的散熱方式、技術(shù)節(jié)點、RRAM陣列功耗、ADC與DAC功耗等多種因素進行了評估。并結(jié)合 RRAM 緊湊模型研究了RRAM器件隨溫度的電導漂移,及其對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的精度退化的影響,并提出了有效的改善方法。該研究對基于RRAM的存算一體芯片運行深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),改善溫度引起的計算精度下降具有重要參考價值。該工作以 A Multi-Scale Thermal Modeling of RRAM-based 3D Monolithic-Integrated Computing-in-Memory Chips 為題發(fā)表, 集成電路學院博士生馬阿旺為[敏感詞]作者,高濱副教授為通訊作者。
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基于存算一體的同態(tài)加密
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基于存算一體的混合預編碼
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