广告

存算一体技术有何优势?为何能成就芯片创新创业浪潮?

2022-08-31 15:03:51 综合报道 阅读:
一种新型计算架构——存算一体,正驱动新一波芯片创新创业浪潮。为何这种“刚走出实验室不久、国内外均未实现大规模量产”的技术能吸引诸多业内大佬纷纷入场呢? 存算一体芯片发展现状如何?国内有哪些比较受关注的存算一体创业公司?

 一种新型计算架构——存算一体,正驱动新一波芯片创新创业浪潮。9Sdednc

梳理存算一体技术的发展时间线:9Sdednc

2010-2017年是这一新技术潮流的探索期9Sdednc

2011年,存算一体芯片开始受到学界关注;9Sdednc

2016-2017年成为学界热议话题;9Sdednc

随后,业内开始对其进行商业化探索:9Sdednc

2017年,知存科技在北京成立。9Sdednc

2018年,九天睿芯在深圳拉起团队。9Sdednc

2020年,苹芯科技团队和后摩智能团队先后组建完成。9Sdednc

为何这种新技术能吸引诸多业内大佬纷纷入场呢? 存算一体芯片发展现状如何?国内有哪些比较受关注的存算一体创业公司?9Sdednc

冯诺依曼架构的局限

随着人工智能技术的发展,各个领域的智能化程度都在不断提高,智能化升级给芯片在大算力和低功耗方面均提出了更高的要求。9Sdednc

据统计,自2012年开始,AI训练需要的算力每3.5个月就会翻倍,这个速度已远超过摩尔定律的18个月。9Sdednc

目前,主流芯片主要依靠不断迭代先进工艺制程,来提升芯片性能,应对AI算力需求。9Sdednc

但当制程越来越小,尤其是走到7nm之下后,出现的问题越来越多,如成本持续走高、由物理限制引发的芯片性能问题越发突显等。9Sdednc

但芯片运行所依托的冯·诺依曼架构下,数据的存储和计算是分开的,处理器CPU存储器之间通过数据总线进行数据交换。由于处理器和存储器的内部结构、工艺和封装不同,二者的性能也存在很大的差别。9Sdednc

从1980年开始,处理器和存储器的性能差距不断拉大,存储器的访问速度远远跟不上CPU的数据处理速度,这就在存储器和处理器之间行程了一道“存储墙”,严重制约了芯片的整体性能提升。9Sdednc

9Sdednc

其次是功耗。9Sdednc

如前所述,由于处理器和存储器的分离,在处理数据的过程中,首先需要将数据从存储器通过总线搬运到处理器,处理完成后,再将数据搬运回存储器进行存储。数据在搬运过程中的能耗是浮点运算的4~1000倍。随着半导体工艺的进步,虽然总体功耗下降,但是数据搬运所占的功耗比越来越大。据研究显示,在7nm时代,访存功耗和通信功耗之和占据芯片总功耗的63%以上。9Sdednc

9Sdednc

由于以上存储墙和功耗墙两种瓶颈的存在,传统的冯诺依曼架构已经不再适应以大数据计算为主的AIoT场景,对于新型计算架构的需求因此应运而生。9Sdednc

存算一体的概念由此再度被提及,并很快成为产学研各界破解AI算力困境的“希望之星”。9Sdednc

存算一体,即存储器本身的算法嵌入

存算一体的概念诞生于1969年,最早由斯坦福研究所的Kautz等人提出。9Sdednc

存算一体的核心思想,是通过在存储单元本身进行算法嵌入,具体来说,主要就是将AI模型的权重数据存储在内存单元中,然后对内存的核心电路进行设计,使得数据流动的过程就是输入数据和权重在模拟域做点乘的过程,相当于实现输入的带权重累加,也就是卷积运算。由于卷积运算是深度学习算法的核心组成单元,因此存算一体非常适合深度学习。该架构彻底消除了访存延迟,并极大降低了功耗,是一种真正意义上的存储和计算的融合。同时,由于计算完全耦合于存储,因此可以开发更细粒度的并行性,获得更高的性能和能效。9Sdednc

这一设计可以从根本上解决冯·诺伊曼瓶颈,在做到低成本、大算力的同时,保持低功耗。9Sdednc

9Sdednc

存算一体芯片的关键在于存算一体架构,其核心是电路设计革新。9Sdednc

主要有两种计算方式:数字计算和模拟计算。9Sdednc

这两种计算方式采取的存储器不同,前者以SRAM等易失性存储器为主,后者采用Flash和RRAM等优势更大的非易失性存储器。9Sdednc

而依照计算单元与存储单元的关系(距离)划分,目前存算一体的技术路线大致可分:9Sdednc

  • 近存计算
  • 存内计算

近存计算是通过将计算资源和存储资源拉近,来实现能效和性能的提升,在广义概念上也被归入存算一体架构。9Sdednc

现阶段,近存计算是行业中最容易实现的路线,主要考验的就是先进封装技术。9Sdednc

存内计算则包含两种形式,其计算效率提升已经得到业内的充分认可:9Sdednc

  • 一种计算操作由位于存储器内部的独立计算单元完成,存储单元和计算单元相互独立存在。
  • 另一种是在内部存储中添加计算逻辑直接执行数据计算,这种架构数据传输路径最短, 能同时满足大模型的计算精度要求。

9Sdednc

△图源:量子位智库9Sdednc

竞争格局

近几年,国内外涌现了多家存算一体初创企业。9Sdednc

国内的企业更是百花齐放,包括苹芯科技(基于 SRAM 做存内计算加速器)、知存科技(基于Flash)、闪亿半导体(基于忆阻器PLRAM)、新忆科技(基于RRAM)、恒烁半导体(基于NOR Flash)、后摩智能(研究方向包括SRAM/MRAM/RRAM)、九天睿芯(基于SRAM)、千芯科技(基于 SRAM/RRAM/MARM 存储单元)、亿铸科技(基于 ReRAM)等。另外,还有阿里平头哥(基于DRAM的3D键合堆叠)。9Sdednc

从融资轮次来看,国内的头部初创公司(10 家左右),知存目前到了 B1 轮,其余均在 A 轮前后。9Sdednc

由此可见,国内存算一体处于行业较为早期的阶段,投资机会较多。9Sdednc

做存算一体的公司之间尚未出现相互竞争的状况,各家之间对如何运用存算一体技术有各自的判断,并且在选定的技术路线和应用场景中都有自己的独特优势。9Sdednc

国外方面比较有名的存算一体初创企业包括Mythic、Syntiant。另外,老牌巨头三星也基于HBM2 DRAM开发了其存算一体技术。9Sdednc

大多公司的融资已进入C/D轮,几家头部企业如STT、Syntiant和Mythic走在全球商业化前列,芯片出货量最高达2000万级别(国内最高百万级),并有约15家公司实现了超100亿美元的营收(我国仅1-2家)。9Sdednc

9Sdednc

需要承认的是,目前,国内存算一体的商业化进展与国外存在一定差距。9Sdednc

责编:Demi
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 谷歌与美国政府合作开发开源芯片 谷歌和美国商务部的国家标准与技术研究院 (NIST) 周三 签署了一项联合研发协议 ,根据该协议,谷歌将资助开源芯片的生产,这些芯片可供学术和小型企业研究人员用于构建各种的新兴应用。
  • 用交通状况鸟瞰图来辅助提升自动驾驶安全性 慕尼黑工业大学 (TUM) 的研究人员与行业合作伙伴合作开发了一种技术,以基于车载传感器输入和交通状况鸟瞰图来补充车辆视角。这提高了道路安全,包括自动驾驶。
  • 芯片,举足轻重到底有多重? 近几年,芯片成为全球瞩目的焦点。新冠疫情导致的供应链危机,以及汽车智能化的快速发展,让芯片的价格持续暴涨。同时,由于众所周知的原因,中美两国在半导体芯片领域不断加大投资。而美国利用在半导体技术方面的优势,也在不断用政策手段限制中国芯片行业的发展。在这种大背景下,中国企业能否在半导体芯片领域有所突破,打破美国的技术垄断?各国在半导体领域的投资热潮,会不会导致产能过剩?
  • 台积电2nm将于2025年量产,ASML高NA EUV芯片制造机2024 今日,台积电负责研发和技术的高级副总裁Y.J. Mii博士透露,台湾半导体制造公司(TSMC)将在2024年收购ASML的高NA EUV芯片制造机,目标是在2025年量产其2纳米(nm)半导体制造工艺。
  • 基于苹果A13仿生芯片,S8芯片配备与S6/S7相同CPU Apple Watch Series 6、Apple Watch Series 7、Apple Watch Series 8、Apple Watch Ultra和第二代Apple Watch SE都采用完全相同的CPU。
  • 英特尔演示世界最高速度WiFi 7,速度超5Gbps Intel基于酷睿笔记本电脑展示了Wi-Fi 7的演示,其Wi-Fi 7解决方案连接到了博通的Wi-Fi 7接入点。
  • 日本研究人员用新材料传感器提升电动汽车续航 通常,电动汽车中的电池电流可以达到数百安培。然而,能够检测此类电流的商用传感器无法测量毫安级电流的微小变化。这导致电池充电估计的模糊性约为 10%。这意味着电动汽车的续驶里程可以延长 10%。反过来,这将减少低效的电池使用。
  • 柔宇科技名下3700万资产被法院查封、冻结 据EDN电子技术设计了解,柔宇科技名下3700万资产被法院查封、冻结。
  • 俄罗斯最大半导体工厂Mikron“贷款”70亿卢布,用于生产 为了缓解芯片荒,俄罗斯加大了对其国内芯片生产的投资。今年初,俄罗斯最大半导体制造商 Mikron 准备了一个投资项目,计划将产能扩大两倍(每月达 6000 片),用于生产 180-90nm 的芯片。不过为了实施这一项目,该公司需要大约 100 亿卢布(约 11.4 亿元人民币)。俄罗斯国有集团VEB.RF向Mikron公司提供了这笔救命钱……
  • 电动车带来新的EMI威胁? 有些汽车制造商计划保留AM收音机功能,但无法解决AM无线电EMI问题的制造商是否会让我们再次面对EMI的威胁...
  • AMD 推出 Zen 4 Ryzen 7000 CPU,5纳米制程,最低版本性能 AMD 今天公布了其 5nm Ryzen 7000 系列,概述了四款新型号的详细信息,包括7950X、7900X、7700X和7600X四款,售价299美元起。
  • 3D深度传感解锁新应用场景 通过深度传感技术,设备和机器等数字系统得以感知并理解其周遭环境,让需要人为观察的过程自动化;特别是3D ToF,正成为解锁游戏、机器视觉、自动驾驶以及工业环境等先进功能的关键…
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了