Samsung: Η πρώτη παγκοσμίως MRAM με τεχνολογία In-memory

Η Samsung Electronics Co., Ltd. παρουσίασε το πρώτο τσιπ στον κόσμο που ενσωματώνει τις τεχνολογίες In-memory υπολογιστικού συστήματος (IMC) και MRAM (Μαγνητορηκτική Μνήμη Τυχαίας Πρόσβασης). Η έρευνα σχετικά με αυτή την καινοτομία δημοσιεύτηκε διαδικτυακά από το επιστημονικό περιοδικό Nature στις 12 Ιανουαρίου και πρόκειται να συμπεριληφθεί στην επερχόμενη έντυπη έκδοσή του. Η επιστημονική εργασία με τίτλο «A crossbar array of magnetorestive memory devices for in-memory computing», παρουσιάζει την καθοριστική συμβολή της Samsung στην τεχνολογία μνήμης και την προσπάθεια της εταιρείας να συγχωνεύσει μνήμη και ημιαγωγούς συστήματος σε ένα τσιπ τεχνητής νοημοσύνης (AI) επόμενης γενιάς.

Η έρευνα διεξήχθη από το Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) σε συνεργασία με το Samsung Electronics Foundry Business and Semiconductor R&D Center. Ο Dr. Seungchul Jung, Ερευνητή στο SAIT, είναι ο κύριος συγγραφέας μαζί με τους Dr. Donhee Ham, Μέλος του SAIT και Καθηγητή του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ και Dr. Sang Joon Kim, Αντιπρόεδρο Τεχνολογίας στο SAIT.

Στην τυπική αρχιτεκτονική του υπολογιστή, τα δεδομένα αποθηκεύονται σε ένα τσιπ μνήμης, ενώ ο υπολογισμός των δεδομένων εκτελείται σε ένα ξεχωριστό τσιπ επεξεργαστή.

Αντιθέτως, το In-memory computing αποτελεί ένα νέο υπολογιστικό πρότυπο που αποσκοπεί στην εκτέλεση αποθήκευσης δεδομένων και υπολογισμού δεδομένων σε ένα δίκτυο μνήμης. Αυτό το υπολογιστικό πρότυπο, μπορεί να επεξεργαστεί μεγάλο όγκο δεδομένων που είναι αποθηκευμένα μέσα στο ίδιο το δίκτυο μνήμης χωρίς αυτά να χρειάζεται να μετακινηθούν και, καθώς η επεξεργασία δεδομένων στο δίκτυο μνήμης εκτελείται παράλληλα, η κατανάλωση ενέργειας να μειώνεται σημαντικά. Το υπολογιστικό σύστημα In-memory έχει αναδειχθεί ως μια από τις πολλά υποσχόμενες τεχνολογίες για τη δημιουργία τσιπ ημιαγωγών επόμενης γενιάς, με ενσωματωμένη τεχνολογία AI και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.

Για αυτό το λόγο, διεξάγονται εντατικές έρευνες σχετικά με το πρότυπο In-memory computing σε παγκόσμιο επίπεδο. Συγκεκριμένα, για την παρουσίαση της νέας υπολογιστικής τεχνολογίας In-Memory έχουν μέχρι σήμερα χρησιμοποιηθεί μη-πτητικές μνήμες, όπως η RRAM (Resistive Random Access Memory) και η PRAM (Phase-change Random Access Memory). Αντίθετα, η χρήση της MRAM, ενός άλλου τύπου μη πτητικής μνήμης, δεν είχε καταστεί δυνατή μέχρι στιγμής, παρά τα πλεονεκτήματα που διαθέτει, όπως η ταχύτητα λειτουργίας, η αντοχή και η παραγωγή σε μεγάλη κλίμακα. Η δυσκολία χρήσης προέρχεται από τη χαμηλή αντίσταση της μνήμης MRAM, λόγω της οποίας, όταν χρησιμοποιείται στην in-memory τυπική αρχιτεκτονική, δεν μπορεί να ωφελήσει με το πλεονέκτημα μείωσης ισχύος που διαθέτει.

Οι ερευνητές της Samsung Electronics έδωσαν λύση σε αυτό το ζήτημα με μια αρχιτεκτονική καινοτομία. Συγκεκριμένα, κατάφεραν να αναπτύξουν ένα τσιπ MRAM που ενσωματώνει την τεχνολογία In-memory computing, αντικαθιστώντας την τυπική, «αθροιστική» αρχιτεκτονική υπολογιστικής μνήμης με μια νέα υπολογιστική αρχιτεκτονική μνήμη «αντίστασης», η οποία αντιμετωπίζει το πρόβλημα των μικρών αντιστάσεων μεμονωμένων συσκευών MRAM.

Στη συνέχεια, η ερευνητική ομάδα της Samsung δοκίμασε την απόδοση της νέας συσκευής MRAM, με την εκτέλεση λειτουργιών ΑΙ (τεχνητής νοημοσύνης). Το νέο τσιπ απέδωσε με ακρίβεια 98% στην ταξινόμηση των χειρόγραφων ψηφίων και ακρίβεια 93% στην ανίχνευση προσώπων από σκηνές.

Με την ενσωμάτωση της μνήμης MRAM, που ήδη βρίσκεται σε παραγωγή εμπορικής κλίμακας κατά την κατασκευή συστημάτων ημιαγωγών, στη σφαίρα του in-memory computing, η έρευνα της Samsung επεκτείνει τα όρια των τεχνολογιών τσιπ ημιαγωγών επόμενης γενιάς, με AI τεχνολογία και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.

Οι ερευνητές πρότειναν, επίσης, τη χρήση του νέου MRAM τσιπ όχι μόνο σε in-memory υπολογιστικά συστήματα, αλλά και ως πλατφόρμα για τη λήψη βιολογικών νευρωνικών δικτύων, σχετικού με τη νευρομορφική ηλεκτρονική όραση. Πρόκειται για κάτι που οι ερευνητές της Samsung πρότειναν πρόσφατα σε μια επισκοπική ερευνητική εργασία που δημοσιεύτηκε στο τεύχος Σεπτεμβρίου 2021 του περιοδικού Nature Electronics.

«Το υπολογιστικό σύστημα In-memory έχει ομοιότητες με τον εγκέφαλο, υπό την έννοια ότι στον εγκέφαλο ο υπολογισμός πραγματοποιείται επίσης μέσα από ένα δίκτυο βιολογικών αναμνήσεων ή συνάψεων, στα σημεία όπου οι νευρώνες αγγίζουν ο ένας τον άλλον», δήλωσε ο Δρ. Seungchul Jung, ο βασικός συγγραφέας της ερευνητικής εργασίας. «Στην πραγματικότητα, ενώ ο υπολογισμός που εκτελείται από το δίκτυο MRAM προς το παρόν έχει διαφορετικό σκοπό από τον υπολογισμό που εκτελείται από τον εγκέφαλο, ένα τέτοιο δίκτυο μνήμης στερεάς κατάστασης μπορεί στο μέλλον να χρησιμοποιηθεί ως πλατφόρμα για τη μίμηση του εγκεφάλου, με τη μοντελοποίηση της συνδεσιμότητας συνάψεων του εγκεφάλου».

Η συγκεκριμένη έρευνα, που βασίζεται στην κορυφαία τεχνολογία μνήμης σε συνδυασμό με την τεχνολογία ημιαγωγών, αντανακλά τα σχέδια της Samsung για συνεχή εξέλιξη και καινοτομία στα υπολογιστικά συστήματα επόμενης γενιάς και τα τσιπ τεχνητής νοημοσύνης.