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存算一體芯片:多樣化存儲介質和數字/模擬選擇的差異和挑戰

近年來,存算一體芯片備受關注,該芯片結合存儲和計算功能,具有廣闊的應用前景。存算一體依托的存儲介質呈現多樣化,包括易失性存儲器(如SRAM、DRAM)和非易失性存儲器(如NOR Flash)。不同存儲介質各有各的優點和短板,如NOR Flash具有低成本和高可靠性,但存在工藝制程瓶頸;DRAM成本低、容量大,但速度慢且需要不斷刷新;SRAM在速度方面有優勢,但容量密度小且價格高。目前,多數廠商傾向于采用技術成熟的SRAM設計存算一體芯片,但部分廠商也會采用“多駕馬車”并驅的策略。

存算一體芯片:多樣化存儲介質和數字/模擬選擇的差異和挑戰

存算一體計算還可以根據電路技術路徑進行分類,包括數字存算和模擬存算。數字存算適合大規模高計算精度芯片的實現,并具有較好的運算靈活性和通用性,但要求存儲單元內容以數字信號形式呈現。而模擬存算在計算精度較低的條件下可以提高能量效率,并能搭載任意存儲單元,但關鍵模擬模塊的轉換精度相對固定,并且不同模擬計算方式可能存在計算誤差,擴展性存在一定挑戰。

近年來,存算一體領域在學術界進行了大量探索,提出了多種加速器架構,并制備了存算一體芯片原型。在國內,也涌現出了一批存算一體初創企業,研發了基于不同存儲器(如SRAM、閃存、RRAM)的存算一體芯片,并已有產品問世。

然而,存算一體芯片仍面臨諸多挑戰。在芯片設計方面,架構設計的難度和復雜度較高,同時缺乏成熟的存算一體軟件編譯器、專用EDA工具輔助設計與仿真驗證。在芯片測試方面,同樣缺乏成熟的測試工具。此外,存算一體芯片還面臨生態方面的挑戰,如缺乏相應的軟件生態和統一的編程接口,導致軟件生態分散,限制了存算一體芯片的大規模應用。

雖然存算一體芯片被視為下一代芯片,但目前仍處于起步階段,受限于成熟度和應用范圍。然而,隨著技術的進一步發展和研究的不斷深入,存算一體芯片有望在未來展現出更大的潛力和應用空間。

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