A High-Density and Reconfigurable SRAM-Based Digital Compute-In-Memory Macro for Low-Power AI Chips

静态随机存取存储器 计算机科学 架空(工程) CMOS芯片 4位 计算机硬件 16位 嵌入式系统 功率(物理) 测距 并行计算 电子工程 工程类 操作系统 物理 电信 量子力学 程序设计语言
作者
Chuanghao Zhang,Mingyu Wang,Yangzhan Mai,Chengcheng Tang,Zhiyi Yu
出处
期刊:IEEE Transactions on Circuits and Systems Ii-express Briefs [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:70 (9): 3589-3593 被引量:12
标识
DOI:10.1109/tcsii.2023.3276169
摘要

This brief presents a high-density and configurable digital SRAM-based compute-in-memory (CIM) macro that performs multiply-and-accumulation (MAC) operations for low-power artificial intelligence (AI) applications. The proposed CIM macro has the following features: 1) the weight bit-serial activation bit-serial (WSAS) MAC arithmetic significantly reduces computing logic area overhead in digital CIM, leading to a much higher storage density; 2) This design supports fully configurable bit precision ranging from 1 to 16 bits of signed or unsigned weight and activation; 3) Weight and activation are both stored and computed within the CIM macro, which makes this design can be integrated into the system with less effort and has the potential to further reduce energy consumption from a system perspective. The layout has been implemented in 40-nm CMOS technology. Based on the post-layout simulation results, the design achieves a frequency of 625 MHz and energy efficiency of 497 TOPS/W at 1 bit and 1.94 TOPS/W at 16 bit.
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