三星研發出運算記憶體MRAM - 工程師

三星研發出運算記憶體MRAM

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三星半導體宣佈，通過結構創新，實現了基於MRAM（磁阻式隨機存取記憶體）的記憶體內
運算（In-Memory Computing），進一步拓展了三星下世代低功耗AI晶片技術。

傳統的運算體系中，記憶體中的資料要轉移到處理晶片的資料運算單元進行處理，因此其
對於頻寬、延遲的要求非常高。

至於記憶體內運算則是一種新的運算模式，也可以當作記憶體與運算一體化的表現，也就
是說，在記憶體中同時執行資料儲存、資料運算處理，無需移動資料。同時，在記憶體網
路中的資料處理是以高度平行的方式執行，因此提高性能的同時，還能大大降低功耗。

如果與其他記憶體比較，MRAM在運行速度、壽命、量產方面都有明顯優勢，功耗也遠低於
傳統DRAM，關鍵是還具有非揮發的特點，斷電也不會丟失資料。

可是MRAM也有其缺點，因為很難用於記憶體內運算，使得在標準的記憶體內運算架構中無
法發揮低功耗優勢。為了克服這一點，三星研究團隊設計了一種名為“電阻總和”（
resistance sum）的新型記憶體內運算架構，取代“電流總和”（current-sum）架構，
進而成功開發了一種能演示記憶體內運算架構的MRAM陣列晶片，命名為“用於記憶體內運
算的磁阻式記憶體交叉陣列”（crossbar array of magnetoresistive memory devices
for in-memory computing）。

目前來看，這一交叉陣列成功解決了單個MRAM小電阻問題，從而降低功耗，實現了基於
MRAM的記憶體內運算。按照三星研究，在執行AI運算時，採用MRAM記憶體內運算可以實現
98%的筆跡辨識成功率、以及93%的人臉辨識準確率。

根據Report Linker研究，全球MRAM市場2021年至2026年的年複合成長率將達25%，並於
2026年達到62億美元的規模。該市場的主要驅動力是對穿戴式裝置的需求增加、物聯網設
備的高度採用、運算技術的進步、對更高記憶體空間的需求以及縮短啟動時間等因素。除
了三星之外，Avalanche、CROCUS、Honeywell以及Everspin都是主要MRAM製造商。

最新研究顯示，除了Toggle MRAM與自旋轉移力矩式磁性記憶體（STT-MRAM）之外，自旋
軌道力矩式磁性記憶體（SOT-MRAM）正在崛起。近年來包含英特爾、IMEC、三星及台積電
都投入SOT-MRAM相關研究，不過量產仍需10年時間，也是須持續關注的趨勢之一。

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