5、内存计算技术：从SRAM到非易失性存储器的探索

内存计算技术：从SRAM到非易失性存储器的探索

1. SRAM内存计算概述

在内存计算领域，SRAM（静态随机存取存储器）具有重要地位。IM - A（内存阵列内）计算会改变SRAM单元和阵列结构，从而降低SRAM密度。而许多IM - P（内存周边）方法则保持SRAM阵列不变，通过在周边添加少量逻辑来实现内存计算，甚至有些方法可添加到原始缓存结构中，不影响缓存功能。并且，很多IM - P方法不会影响常规读写的缓存访问延迟。

2. 模拟与数字混合信号方法

2.1 混合信号计算原理

SRAM的高可用性吸引了模拟域内的内存计算关注。混合信号计算在比特单元中进行模拟计算，在结果被引用或写回SRAM阵列之前将其转换为数字值。传统架构和数字内存计算中的SRAM通常使用L:1列多路复用器（L一般为4 - 32）来适配大型感测放大器，每次访问阵列获取的位数受限为(NCOL/L)位。而混合信号计算通过多行激活跨不同字线的比特单元进行模拟计算，无需感测放大器参与感测。一次α行激活可处理αNCOL位，读取和处理相同数据所需的预充电周期更少，能带来能量和吞吐量的提升，但模拟性质的位线计算可能降低数据和计算的保真度/准确性。

2.2 基于电流和基于电荷的方法

• 基于电流的方法 ：利用比特单元中MOSFET的电流 - 电压（IV）特性进行乘法运算。例如，Zhang等人将迭代中重复使用的操作数（1位）存储在SRAM阵列中，通过DAC将另一个操作数（5位）转换为字线电压，字线电压产生相应的比特单元电流IBC，根据比特单元存储的数据，IBC施加到BL（位线）或BLB（反位线），可看作IBC乘以±1，一列上所有激活单