三星 Samsung IMC AI運算 MRAM 記憶體內運算

三星首秀MRAM記憶體運算電腦 加速AI半導體晶片量產

2022-01-14
三星電子(Samsung)日前聯合三星高階技術研究院(SAIT)以及三星電子代工業務暨半導體研發中心發表新研究論文,公布首款搭載磁阻隨機存取記憶體(MRAM)的電腦。根據聲明,該技術已發展到可實現商業規模量產,三星也將繼續研究MRAM技術,投入下一代人工智慧(AI)晶片在整合記憶體與系統半導體方面的技術發展。
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三星該項研究論文的第一作者Seungchul Jung指出,記憶體內運算(In-Memory Computing, IMC)跟人類大腦運作雷同,大腦中的運算也在生物本身記憶與突觸網路中進行,也就是那些神經細胞相互接觸的節點。因此,雖然目前MRAM執行的運算目的與大腦不同,但這種固態記憶儲存網路在未來將有望作為模擬大腦的平台,進行大腦突觸連接模擬。

不同於傳統電腦架構中資料儲存在記憶體晶片,資料運算獨立在處理器晶片執行,記憶體運算毋需搬移資料,便可直接處理儲存在記憶體網路中的大量資料。由於這種新的運算模式可同步處理資料,因此可大幅降低功耗,因此被視為有助於下一代低功耗AI半導體晶片發展的關鍵技術之一。

據此,全球針對記憶體運算研究領域有極高關注,如可變電阻式記憶體(RRAM)、相變隨機記憶體(PRAM)等非揮發性記憶體(Non-Volatile Memory)已被業界廣泛運用。相形之下,MRAM雖然具有運算速度快、耐用且可量產等優勢,但因低電阻(Low Resistance)狀態使其遲遲無法降低功耗,因而不受業界廣泛採用。

對此,三星改良架構研發新的MRAM陣列晶片,以新的「電阻總和(Resistance-sum)」記憶體運算架構取代標準「電流總和(Current-sum)」架構,有效解決單一MRAM元件的電阻問題。同時,在研究團隊使用新MRAM記憶體運算晶片執行AI運算測試性能時,也發現該晶片在分類手寫數字部分,準確率可達98%;在日常場景偵測人臉部分,準確度則可達93%。

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