三星電子（Samsung Electronics）今天宣布，已成功展示世界上首個基於 MRAM（磁阻隨機存取存儲器）的內存計算。有關這一創新的論文於 1 月 12 日發表在《Nature》網站上，並將在即將出版的《Nature》雜誌印刷版上發表。
從左至右：Dr. Donhee Ham、Dr. Seungchul Jung 和 Dr. Sang Joon Kim
這篇論文題為《用於內存計算的磁阻存儲器件的橫條陣列》（A crossbar array of magnetoresistive memory devices for in-memory computing），展示了三星在存儲器技術方面的領導地位，以及它為下一代人工智能（AI）芯片融合存儲器和系統半導體所做的努力。
這項研究由三星高級技術研究所（SAIT）牽頭，與三星電子代工業務和半導體研發中心密切合作。論文的第一作者，SAIT 員工研究員 Seungchul Jung 博士，以及共同通訊作者，SAIT 研究員、哈佛大學教授 Donhee Ham 博士和 SAIT 技術副總裁 Sang Joon Kim 博士，帶頭進行了研究。
在標準的計算機架構中，數據存儲在內存芯片中，數據計算在獨立的處理器芯片中執行。相比之下，內存計算是一種新的計算範式，它試圖在一個內存網絡中同時進行數據存儲和數據計算。由於這種方案可以處理存儲在內存網絡本身中的大量數據，而不必移動數據，同時由於內存網絡中的數據處理是以高度并行的方式執行的，因此功耗大大降低。因此，內存計算已成為實現下一代低功耗人工智能半導體芯片的有前途的技術之一。
全球範圍內已經有不少關於內存計算的研究。在內存計算方面目前開發方向主要有 RRAM（電阻式隨機存取存儲器）和 PRAM（相變隨機存取存儲器）。相比之下，儘管 MRAM 具有操作速度、耐用性和大規模生產等優點，但迄今為止很難將 MRAM（另一種非易失性存儲器）用於內存計算。這種困難來自於 MRAM 的低電阻，由於 MRAM 在標準的內存計算架構中使用時不能享受降低功耗的優勢。
三星電子的研究人員通過架構創新為這一問題提供了解決方案。具體來說，他們成功地開發了一種演示內存計算的 MRAM 陣列芯片，通過用一種新的“resistance sum”電阻來取代了傳統標準內存計算架構中的“current-sum”，解決了單個 MRAM 器件的小電阻問題。
隨後，三星的研究團隊通過運行這種 MRAM 內存計算芯片來測試其性能，以執行人工智能計算。該芯片在對手寫數字進行分類時達到了 98% 的準確率，在從場景中檢測人臉時達到了 93% 的準確率。
研究人員還提出，這種新的MRAM芯片不僅可以用於內存計算，而且還可以作為一個平台來下載生物神經元網絡。這與三星的研究人員最近在2021年9月的《自然-電子學》雜誌上發表的一篇觀點論文中提出的神經形態電子學願景相一致。
該論文的第一作者 Seungchul Jung 博士說：“內存計算與大腦有相似之處，因為在大腦中，計算也發生在生物記憶的網絡中，即突觸，即神經元相互接觸的點。事實上，雖然目前我們的MRAM網絡所進行的計算與大腦所進行的計算有着不同的目的，但這種固態記憶網絡在未來可能被用作一個平台，通過模擬大腦的突觸連接來模仿大腦”。