SRAM是可在任何CMOS工藝中“免費(fèi)獲得”的存儲(chǔ)器。自CMOS誕生以來(lái)，SRAM一直是任何新CMOS工藝的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)制造的技術(shù)驅(qū)動(dòng)力。利用最新的所謂的“深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域?qū)Ｓ糜蚪Y(jié)構(gòu)”（DSA），每個(gè)芯片上的SRAM數(shù)量已達(dá)到數(shù)百兆位。這導(dǎo)致了兩個(gè)具體挑戰(zhàn)。接下來(lái)由專(zhuān)注于代理銷(xiāo)售SRAM、SDRAM、MRAM、Flash等存儲(chǔ)芯片的宇芯電子介紹關(guān)于SRAM兩大問(wèn)題挑戰(zhàn)。
 
第一個(gè)挑戰(zhàn)是使用FinFET晶體管的最新CMOS技術(shù)使單元尺寸的效率越來(lái)越低。在圖1中可以看到這一點(diǎn)，其中SRAM單元大小是CMOS技術(shù)節(jié)點(diǎn)的函數(shù)。

 
圖1：過(guò)去30年中6晶體管SRAM單元尺寸的縮小趨勢(shì)。一旦FinFET晶體管成為CMOS的基礎(chǔ)，請(qǐng)注意減速。
 
平面到FinFET的過(guò)渡對(duì)SRAM單元的布局效率有重大影響。使用FinFET逐漸縮小關(guān)鍵節(jié)距已導(dǎo)致SRAM單元尺寸的迅速減小。鑒于對(duì)更大的片上SRAM容量的需求不斷增長(zhǎng)，這樣做的時(shí)機(jī)不會(huì)更糟。離SRAM將主導(dǎo)DSA處理器大小的局面并不遙遠(yuǎn)。
 
第二個(gè)挑戰(zhàn)是從正電源通過(guò)SRAM單元流到地面的泄漏電流。這主要是由于亞閾值晶體管泄漏是指數(shù)激活的，這意味著隨著芯片溫度的升高，泄漏急劇增加。由于它沒(méi)有做任何有用的工作，因此會(huì)浪費(fèi)能源。盡管通常被稱(chēng)為靜態(tài)功耗，但這種泄漏也會(huì)在SRAM處于活動(dòng)使用狀態(tài)時(shí)發(fā)生，并形成能量浪費(fèi)的下限。
 
已經(jīng)采用了近20年的緩解技術(shù)來(lái)限制這種影響，最先進(jìn)的技術(shù)是將SRAM電源電壓從其工作值降低到所謂的數(shù)據(jù)保持電壓（DRV）。最初此技術(shù)可將工作電源電壓下的漏電流降低5到10倍。隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)的發(fā)展，電源電壓不斷降低，工作電壓和DRV之間的凈空縮小了，從而導(dǎo)致使用該技術(shù)的漏電流降低了約2倍。

既然我們已經(jīng)基本用盡了所有的泄漏緩解技術(shù)，那么越來(lái)越大的SRAM容量將導(dǎo)致大量的浪費(fèi)電流。如圖2所示，CPU芯片上的SRAM容量每18個(gè)月翻一番。

 
圖2：隨著片上SRAM容量的不斷增加，預(yù)計(jì)SRAM泄漏電流為50oC。結(jié)果是基于低于10nm CMOS的晶體管泄漏數(shù)據(jù)的仿真。
 
這兩個(gè)SRAM挑戰(zhàn)與不斷提高的片上高速緩存存儲(chǔ)速度和容量的需求密不可分，從而帶來(lái)了成本和能源浪費(fèi)方面的真正挑戰(zhàn)。這種需求來(lái)自移動(dòng)和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用程序。由于電池壽命的限制，對(duì)能源效率的最終要求在前者中是顯而易見(jiàn)的，但在后者中也變得至關(guān)重要。
 
由于深度學(xué)習(xí)而產(chǎn)生的DSA芯片應(yīng)該可以?xún)?yōu)化數(shù)據(jù)中心的性能，成本和能源。作為其一部分，要求它們的芯片將數(shù)據(jù)“晃動(dòng)”到正向傳播的數(shù)據(jù)中，該傳播已針對(duì)針對(duì)矩陣/矢量計(jì)算進(jìn)行了優(yōu)化的處理器進(jìn)行。將結(jié)果數(shù)據(jù)與“目標(biāo)”進(jìn)行比較，然后將“錯(cuò)誤數(shù)據(jù)”“拖拉”回內(nèi)存以在下一個(gè)收斂周期中使用。除了通常需要每秒Tera浮點(diǎn)運(yùn)算（TFLOPS）的處理器外，還需要越來(lái)越快的片上高速緩存來(lái)處理這種巨大的數(shù)據(jù)移動(dòng)。
 
在許多此類(lèi)DSA芯片并行運(yùn)行的環(huán)境中，例如數(shù)據(jù)中心，此過(guò)程的低效率將導(dǎo)致數(shù)千安培從主電源流向地面。所有這些浪費(fèi)的大量泄漏自然會(huì)導(dǎo)致巨大的浪費(fèi)成本。
 

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