闪亿半导体:存储一体的AI忆阻器芯片在浦东诞生
时间:2020-04-14 来源:医孚医疗
闪亿半导体

在芯片产业链条中,大型芯片制造厂商通过工艺革新来满足AI芯片对数据运算的需求,而中小企业通过技术创新异军突起,闪亿半导体就是“新技术流”的典型。


在浦东纳贤路800号的襄创孵化器,闪亿半导体CEO鲁辞莽展示着最近给客户的几块忆阻器芯片样本:



“这是类脑芯片领域第一块具有完整功能的SoC芯片,具备FLASH芯片的成本和AI芯片的性能,特别适合高效率、低功耗、低成本的人工智能计算。”


这颗采用了90纳米生产线即可量产的芯片,采用存算一体化的可模拟编程线性忆阻器(PLRAM)技术,不需要芯片与芯片之间的通讯,可以节省90%的功耗,同时计算能力相当于30颗芯片的功能,具备低功耗、低成本的优势。




01

核心技术带来

低功耗、低成本优势




从服务器到个人电脑,再到如今手机移动端设备,鲁辞莽和他的团队看到未来智能物联网芯片中存储和计算融合的趋势。“未来传感器就是一颗芯片。” 据介绍,闪亿的忆阻器芯片的成本价比同类型芯片降低了3-4倍,同时计算效率提升10倍。



忆阻器

忆阻器并不是一个最新的概念,但它改变了传统芯片晶体管里电子0和1变化进行计算的物理基础,而是将另一个物理学公式:电流=电压/电阻,作为计算的物理基础。

如果把晶体管里的电子想象成一个水池。0和 1的变化就是水池里或是满水,或是干涸。但在忆阻器晶体管里,水池里的水被按照一定比例放出,这就有了很多个计算结果:0.1、0.2、0.3……1。


基于这一原理,一个忆阻器晶体管相当于一个CPU芯片的十几个晶体管共同工作的效果。对于需要海量计算能力的AI芯片来说,忆阻器无疑提供了一条可行的道路。



从技术应用角度上看,闪亿忆阻器的核心技术的关键在于突破AI芯片领域存储墙的瓶颈,将存储和计算集成在一颗芯片,从而减少片间通讯。




何为“存储墙”?

在传统的芯片架构体系中,计算与内存是分离的单元:计算单元根据从内存中读取数据,计算完成后存回内存。


随着摩尔定律高速发展,计算单元的性能随着晶体管特征尺寸的缩小而直接提升;另一方面,内存主要使用的DRAM方案,而DRAM从摩尔定律晶体管尺寸缩小所获得的益处并不大。这也造成了DRAM的性能提升速度远远慢于处理器速度。


目前DRAM的性能已经成为了整体计算机性能的一个重要瓶颈,即所谓阻碍性能提升的“内存墙”。



而从成本与功耗的角度,在AI计算中片间通讯远高于计算。“传统芯片需要一个存储芯片来存储信息,一个中央处理器来负责计算,当数据量变大时,芯片之间的信息传输会造成功耗增加、额外延迟,而且芯片成本也高。”鲁辞莽认为,忆阻器芯片存储和计算一体化的全新架构是解决存储墙问题最高效低成本的方案之一。



02

产业上下游紧密合作

助力芯片快速落地




浦东具有成熟的晶圆厂、下游客户、人才储备等丰厚的产业资源,鲁辞莽积极推动闪亿落地浦东的评估。芯片能否实现量产需要芯片设计和芯片制造在生产工艺上合作研发,这对芯片性能的可靠与稳定至关重要。



现有的忆阻器技术存在精度低和寿命短的通病,且尚处在实验室开发阶段无法实现量产。而闪亿的忆阻器PLRAM可以利用成熟的硅基工艺开发,且在90nm生产线即可实现量产,无需改动生产线。


据介绍,闪亿研发团队与华虹宏力的研发团队合作,其忆阻器芯片的生产工艺在华虹宏力浮栅MOSFET平台上以双向FN侧面隧穿型编程方式创造模拟存储,可以使存0-1变为存模拟量。通过与华虹宏力在生产工艺平台的合作,闪亿忆阻器芯片的计算达到8比特精度,且寿命可保存近10年。


按照当前忆阻器的计算效率,闪亿将市场瞄准了语音为交互手段的智能家电市场。根据鲁磁莽的估算,边缘智能是最大的市场,目前包括电风扇、空调等效家电的更新换代就有几亿片的需求量,而蓝牙耳机也存在上亿片的市场。


闪亿将于今明两年实现智能语音芯片在白色家电、可穿戴设备等设备上的应用,并逐步向智能视觉芯片拓展,计划于2021年推出首款图像产品。




03

结合地方政策

引进国际化高端人才




人才是芯片设计企业发展的必备因素,同时也是浦东引进和培育芯片设计产业需要重点补充的要素之一。闪亿的忆阻器核心技术研发与其核心技术团队的人才背景密不可分





鲁辞莽本科毕业于北京大学,博士就读于日本东京大学,曾就职于高通先进技术开发团队,曾获集成电路学会(VLSI)最佳论文奖。

闪亿核心创始团队成员均毕业于东京大学、清华大学、加州大学等微电子名校,且部分成员有高通、长江存储等大厂工作经验,六位核心成员在行业顶级国际会议上以第一作者身份发文共30篇,合计论文专利500余篇。



鲁辞莽表示,在人才方面,闪亿需要浦东更加精准的地方人才政策,使其从国际著名高校中引入高端人才充实他的团队。