Fusion of memristor and digital compute-in-memory processing for energy-efficient edge computing

记忆电阻器 GSM演进的增强数据速率 计算机科学 边缘计算 能量(信号处理) 计算科学 人工智能 电子工程 物理 工程类 量子力学
作者
Tai-Hao Wen,Je-Min Hung,Wei-Hsing Huang,Chuan-Jia Jhang,Yun-Chen Lo,Hung-Hsi Hsu,Zhao-En Ke,Yu-Chiao Chen,Yu-Hsiang Chin,Chin-I Su,Win-San Khwa,Chung‐Chuan Lo,Ren-Shuo Liu,Chih-Cheng Hsieh,Kea‐Tiong Tang,Mon‐Shu Ho,Chung-Cheng Chou,Yu-Der Chih,Tsung-Yung Jonathan Chang,Meng‐Fan Chang
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:384 (6693): 325-332 被引量:92
标识
DOI:10.1126/science.adf5538
摘要

Artificial intelligence (AI) edge devices prefer employing high-capacity nonvolatile compute-in-memory (CIM) to achieve high energy efficiency and rapid wakeup-to-response with sufficient accuracy. Most previous works are based on either memristor-based CIMs, which suffer from accuracy loss and do not support training as a result of limited endurance, or digital static random-access memory (SRAM)-based CIMs, which suffer from large area requirements and volatile storage. We report an AI edge processor that uses a memristor-SRAM CIM-fusion scheme to simultaneously exploit the high accuracy of the digital SRAM CIM and the high energy-efficiency and storage density of the resistive random-access memory memristor CIM. This also enables adaptive local training to accommodate personalized characterization and user environment. The fusion processor achieved high CIM capacity, short wakeup-to-response latency (392 microseconds), high peak energy efficiency (77.64 teraoperations per second per watt), and robust accuracy (<0.5% accuracy loss). This work demonstrates that memristor technology has moved beyond in-lab development stages and now has manufacturability for AI edge processors.
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