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三星研發出運算記憶體MRAM

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科技產業資訊室 (iKnow) - Kyle 發表於 2022年1月17日
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圖、三星研發出運算記憶體MRAM

三星半導體宣佈,通過結構創新,實現了基於MRAM(磁阻式隨機存取記憶體)的記憶體內運算(In-Memory Computing),進一步拓展了三星下世代低功耗AI晶片技術。

傳統的運算體系中,記憶體中的資料要轉移到處理晶片的資料運算單元進行處理,因此其對於頻寬、延遲的要求非常高。

至於記憶體內運算則是一種新的運算模式,也可以當作記憶體與運算一體化的表現,也就是說,在記憶體中同時執行資料儲存、資料運算處理,無需移動資料。同時,在記憶體網路中的資料處理是以高度平行的方式執行,因此提高性能的同時,還能大大降低功耗。

如果與其他記憶體比較,MRAM在運行速度、壽命、量產方面都有明顯優勢,功耗也遠低於傳統DRAM,關鍵是還具有非揮發的特點,斷電也不會丟失資料。

可是MRAM也有其缺點,因為很難用於記憶體內運算,使得在標準的記憶體內運算架構中無法發揮低功耗優勢。為了克服這一點,三星研究團隊設計了一種名為“電阻總和”(resistance sum)的新型記憶體內運算架構,取代“電流總和”(current-sum)架構,進而成功開發了一種能演示記憶體內運算架構的MRAM陣列晶片,命名為“用於記憶體內運算的磁阻式記憶體交叉陣列”(crossbar array of magnetoresistive memory devices for in-memory computing)。

目前來看,這一交叉陣列成功解決了單個MRAM小電阻問題,從而降低功耗,實現了基於MRAM的記憶體內運算。按照三星研究,在執行AI運算時,採用MRAM記憶體內運算可以實現98%的筆跡辨識成功率、以及93%的人臉辨識準確率。

根據Report Linker研究,全球MRAM市場2021年至2026年的年複合成長率將達25%,並於2026年達到62億美元的規模。該市場的主要驅動力是對穿戴式裝置的需求增加、物聯網設備的高度採用、運算技術的進步、對更高記憶體空間的需求以及縮短啟動時間等因素。除了三星之外,Avalanche、CROCUS、Honeywell以及Everspin都是主要MRAM製造商。

最新研究顯示,除了Toggle MRAM與自旋轉移力矩式磁性記憶體(STT-MRAM)之外,自旋軌道力矩式磁性記憶體(SOT-MRAM)正在崛起。近年來包含英特爾、IMEC、三星及台積電都投入SOT-MRAM相關研究,不過量產仍需10年時間,也是須持續關注的趨勢之一。(811字;圖1)



參考資料:
Samsung Demonstrates the World’s First MRAM Based In-Memory Computing. Samsung Newsroom, 2022/1/13
World's first MRAM-based in-memory computing. Techxplore, 2022/1/14


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