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  1. RRAM(电阻式随机存储器)
    数据编码:RRAM利用不同的电阻状态编码数据,通常通过高电阻状态(HRS)和低电阻状态(LRS)来分别表示二进制的“0”和“1”。这种电阻变化通过施加特定的电压或电流来改变存储单元的导电性。
    计算方式:在存内计算中,RRAM通过施加控制电压来实现逻辑运算和矩阵运算。RRAM阵列可以利用电阻状态的并行特性完成矩阵向量乘法运算,适用于加权求和操作等。这种方式通常用于神经网络推理中的矩阵乘法计算,将存储阵列看作权重矩阵,通过施加输入电压完成加权求和。
  2. MRAM(磁阻随机存储器)
    数据编码:MRAM通过磁性状态来存储数据,利用两个磁性层的相对磁化方向来编码“0”和“1”。当两个磁性层的磁化方向相同时,电阻较低,表示“1”;当磁化方向相反时,电阻较高,表示“0”。
    计算方式:MRAM在计算时依赖于其磁隧道结(MTJ)的特性,能通过读出不同磁性状态的电阻值进行逻辑运算。此外,MRAM能够实现IMPLY逻辑运算、NAND运算等基础逻辑操作。由于MRAM响应速度快,适合快速逻辑运算和高频存取,适用于低功耗、低延迟的边缘计算应用。
  3. PCM(相变存储器)
    数据编码:PCM通过材料的相变状态来编码数据。存储材料(如硫属化物)可以在高电阻的无定形态和低电阻的晶态之间切换。通过控制电流脉冲的大小和持续时间,PCM可以在晶态和无定形态之间转变,进而存储多个状态(多态性),实现比传统二进制更多的存储位数。
    计算方式:PCM在存内计算中主要用于模拟计算和多状态存储。PCM阵列的电阻状态可直接用于加权求和运算,例如在矩阵乘法中,每个单元的电阻状态代表一个权重值。通过将输入电压施加到字线上,可以实现加权求和。PCM的多态特性也使其在深度学习和人工智能中表现优异,适合大规模神经网络计算。
  4. FeFET(铁电场效应晶体管)
    数据编码:FeFET基于铁电材料的极化状态来存储数据。铁电材料在施加电场后可以保持其极化方向,表示为“0”或“1”。由于极化方向具有非易失性,即便在电源关闭后也能保持状态,因此FeFET是一种非易失性存储器。
    计算方式:FeFET可以通过调整栅极电压实现逻辑运算和简单计算操作。在存内计算中,FeFET能够进行基本的逻辑运算(如NAND、NOR等),并通过控制电极电压来改变铁电材料的极化状态。FeFET适合低功耗应用,尤其适用于边缘计算和物联网设备中需要简单逻辑运算的场景。
    总结:四种存储器的存储形式和计算方式
    存储器类型 数据编码方式 计算实现方式
    RRAM 电阻状态(高/低电阻) 通过电压控制,执行逻辑运算和矩阵乘法(如加权求和)
    MRAM 磁性状态(平行/反向) 磁隧道结特性,实现逻辑运算(如IMPLY、NAND)
    PCM 相变状态(晶态/非晶态) 电阻状态表示权重值,进行加权求和和模拟计算
    FeFET 极化状态(铁电极化方向) 控制栅极电压,实现逻辑操作(如NAND、NOR)
    这些新型存储器通过其独特的物理特性,能够在存储数据的同时执行简单计算操作,为存内计算提供了丰富的实现方式。这些特性使得它们在边缘计算、深度学习加速和低功耗应用中有广阔的前景。
posted @ 2024-11-10 10:36  信海  阅读(16)  评论(0编辑  收藏  举报