2023 ISSCC: STT-MRAM与非易失性内存与内存计算技术进展

Session 33聚焦于"非易失性内存与内存计算", 主题涵盖了当前先进的半导体技术在存储和计算能力上的突破。会议由Hidehiro Shiga博士和Takashi Ito博士共同主持，来自KIOXIA和Renesas Electronics的专家们在日本东京分享了他们的研究成果。 首先，介绍了一项16纳米STT-MRAM宏，这款设计能够在汽车级别的温度下运行，体现了非易失性内存技术在极端环境下的稳健性能。STT-MRAM（自旋转移磁电阻存储器）因其低能耗、高速度和非易失性特性，在存储和计算市场上引起了广泛关注。 随后，研究者展示了一个22纳米的近内存计算宏，它利用STT-MRAM进行运算，具有8位精度，能在边缘设备上实现高达46.4至160.1 tera-operations per watt（TOPS/W）的能效，这对于能源效率和响应速度提升至关重要，特别适合于对实时处理有高要求的应用场景。 第三项亮点是9 Mb FeRAM（铁电随机存取存储器）微晶，其具有10¹²次的耐用度，展示了非易失性存储技术在长期数据存储方面的可靠性和稳定性。这种持久的存储能力对于数据持久化和长期运行的系统来说是不可或缺的。 最后，讨论了基于STT-MRAM的内存计算单元，它将计算功能直接集成到内存中，实现了数据处理与存储的协同工作，进一步提高了系统的性能和能效。这种“内存计算”理念正在引领一场革命，旨在通过减少数据传输时间，缩短延迟，优化整体系统架构。 整个Session 33不仅深入探讨了非易失性内存的技术进展，还展示了如何将这些创新应用到边缘计算、物联网设备以及对低功耗、高性能有高需求的领域。这些研究成果预示着未来计算机体系结构的新范式，将在存储和计算能力的融合上带来显著的性能提升。