Фэн Дэн представил мемристор из трех аспектов, связанных с разработкой, во-первых, это рыночный спрос, IDC прогнозирует, что к 2020 году объем глобальных данных достигнет 40ZB, а большой объем данных, с другой стороны, это потребности хранения, включая высокопроизводительные вычисления Потребности в хранилищах и множество сетевых приложений требуют более быстрого хранения. Например, 12306, более 30 миллиардов операций PV в день во время праздника Весны, одновременный доступ к 1,3 ГБ данных в секунду, спрос на память очень большой , Включая большую аналитику данных, все в памяти, а память, требуемая для крупномасштабных вычислений, будет в 1000 раз больше, с огромным несоответствием в требованиях и поставках памяти.
Memristor RRAM наиболее перспективен для замены DRAM
В настоящее время DRAM хранит данные с объемом заряда в конденсаторе. Конденсатор должен быть спроектирован таким образом, чтобы он был достаточно большим, чтобы увеличить время удерживания и уменьшить частоту обновления, что привело к ограниченной емкости и потреблению энергии, ухудшению технологической технологии и повышению производительности процессора Быстрый рост емкости памяти значительно ниже, чем темпы роста производительности ЦП, что обычно называют проблемой памяти, а другая - потреблением энергии с последующим увеличением мощности, дополнительным увеличением мощности утечки, сервером 40- 50% энергии поступает из памяти, а 40% потребления энергии DRAM происходит от обновления.
В отчете ITRS указано, что DRAM трудно поддерживать масштабируемость ниже технологического узла 20 нм, технология DRAM прекратится после достижения X-nm, когда процесс DRAM на несколько нанометров после масштабируемости ограничен. Feng Dan сказал, в том числе более Передача спина, в том числе память наиболее типичного представителя, - это изменение сопротивления памяти, благодаря непрерывным исследованиям и разработкам, текущая емкость RRAM, очень быстрое и низкое потребление энергии, также считается следующим поколением вместо DRAM Хороший выбор.
Взяв RRAM в качестве примера, основным принципом устройства памяти с оксидом металла является использование мемристора для создания памяти. Во-первых, в условиях низкого сопротивления память может отключить проводящий провод и стать высокопрочным. Это время работы сравнивается Длинная большая задержка также в этом состоянии в сочетании с определенным размером напряжения приводит к тому, что проводящий провод из состояния высокого сопротивления переходит в состояние низкого сопротивления.
Для массива RRAM существует две структуры: одна представляет собой структуру с перекрестными точками. Структура однотранзисторной матрицы 1T1R заключается в том, что транзистор доступа требуется в каждой точке пересечения для независимого затвора каждой ячейки, но ее недостатки Ясно также, что общая площадь кристалла RRAM с 1T1R-структурой RRAM зависит от площади, занимаемой транзистором, и, следовательно, плотность хранения является низкой. Структура перекладин также представляет интерес, причем каждая ячейка памяти расположена на горизонтальной линии слов (WL) и вертикальной битовой линии BL). Каждая ячейка занимает площадь 4F² (F - размер технических характеристик) и достигает теоретического минимума однослойной матрицы. Преимущество этого заключается в том, что плотность памяти высокая, при этом происходит падение напряжения на межсоединении И проскочить текущий путь, что приводит к снижению производительности чтения и записи, увеличению потребления энергии и возникновению проблем с записью, таких как помехи, является ее недостатками, много исследований построено вокруг этой категории.
Самым большим недостатком RRAM является его суровая изменчивость на уровне устройства. Изменение состояния устройства RRAM требует контроля дрейфа ионов кислорода под электрическим полем и диффузии при тепловом управлении путем приложения напряжения к двум электродам, так что проводимость Трудно контролировать трехмерный вид провода в сочетании с воздействием шума, что приводит к изменчивости на уровне устройства. Изменчивость уровня устройства является ключевой проблемой для производства надежных чип-продуктов.
Большая емкость, вычислительная и складская глубина в тренде слияния мемристора
RRAM с архитектурой Crossbar обладает большей емкостью хранения RRAM, чем структура 1T1R, а производительность SLC выше, чем у MLC. Однако емкость памяти микропроцессора RRAM постепенно увеличивается с уровня Mb до уровня Gb, а технологические узлы постепенно уменьшаются, а производительность чтения / записи постепенно увеличивается. В соответствии с развитием пропускной способности и пропускной способностью чтения и записи, хотя RRAM относительно поздно развивается, емкость хранилища быстро растет, и RRAM имеет больше преимуществ в области чтения и записи по сравнению с PCRAM и STT-MRAM. С другой стороны, Резисторные нейроморфные вычислительные системы также развиваются. Массивная решетка мемристора может использоваться для ускорения размножения матричных векторов, обычно встречающегося при нейроморфном вычислении. В качестве аналогового вычисления необходимо, чтобы решетка решетки была решена с целью повышения точности вычислений Падение напряжения на соединительных проводах и проблемы надежности, вызванные изменениями устройства, имеют глубокую конвергенцию вычислений и хранения.
В терминах изменчивости устройства изменение состояния мемристора приближается к логарифмически нормальному распределению, поэтому весь мемристор в массиве должен быть проверен заранее, а закономерность вариации получается путем подсчета их распределения состояния сопротивления. Обменивайте два или два столбца весовой матрицы и в то же время обменивайте элементы, соответствующие входным и выходным векторам, чтобы большие синаптические веса отображались в мемристоре с меньшей вариабельностью, тем самым уменьшая изменчивость выходного сигнала сети ,
Когда нейронная сеть относительно велика по масштабам, обычная двумерная матрица требует большого количества массивов для совместного расчета и увеличения потребления энергии. После того, как трехмерная структура будет принята, столбчатые двигатели находятся в одной плоскости, так что расчет всей крупномасштабной нейронной сети может быть уменьшен Потребляйте и можете достичь более низкой задержки. Кроме того, вы можете достичь логического бюджета для удовлетворения меняющихся вычислительных потребностей.
Аналитические вычисления на основе нейронной сети на основе AI, когда их недостаточно, путем вычисления в пространстве хранения слишком большой емкости для уменьшения перемещения данных, могут получить лучшую производительность. В настоящее время ученые и промышленность внедрили некоторые соответствующие образцы , Но фактический продукт по-прежнему относительно невелик. SMC и китайская академия микроэлектроники совместно разработали чип, в январе этого года, US Crossbar объявила о 40-нм процессе с 40-нм технологическим процессом SMIC 40-нм, состоящим из 3-D штабелеров 1TnR RRAR Образец, мемристор действительно должен пройти через период времени, но тенденция - большая емкость.
Как оптимизировать производительность RRAM большой емкости?
Падение ИК-излучения из-за сопротивления линии и утечки тока уменьшает напряжение, подаваемое на выбранную ячейку. Однако задержка RESET ячейки ReRAM экспоненциально обратно пропорциональна наложенному на нее напряжению. Падение ИК-сигнала значительно увеличивает задержку доступа. Небольшая утечка тока, общее использование механизма записи с половинным смещением. В смягчении проблемы с ИК-кадрированием, двухсторонняя схема с заземленной схемой (DSGB), уменьшает словосочетание IR drop, значительно уменьшая задержку RESET для 8-разрядной записи 512 × 512, наихудшая задержка RESET падает до 240 нс за 682 нс.
Используя зонированный двухконтактный драйвер записи, уменьшение IR-массива без DSWD является серьезным, и задержка RESET экспоненциально возрастает для записи массива размером 8 × 1024 × 1024. Механизм DSWD уменьшает падение IR на битовой линии, Повышает напряжение устройства выше 512 строк, значительно уменьшает задержку RESET.
Линия рядом с драйвером записи имеет меньшую ИК-пересылку в битовой линии, а задержка доступа меньше, задержка доступа к линии далеко от драйвера записи больше
Массив crosbar делится на быстрые и медленные регионы в соответствии с различными задержками разных строк. При смещении напряжения на основе эффективного пути тока периферийная схема, ближайшая к целевой соте, выбирается так, чтобы применять напряжение записи для улучшения падения напряжения на проводах и уменьшения задержки записи ; Разделение по диагональной области блока: чтобы уменьшить различия в латентности доступа к ячейкам, уменьшить региональную латентность записи, а не только в схеме, для TLC, memristor RRAM можно использовать для повышения эффективности методов кодирования.