什么是“存内计算”，为什么它对人工智能很重要？
时间:2025-09-19 20:34:54 阅读（143）
AI 应用程序的变革性优势
CIM for AI 的实际好处是可衡量的，基于SRAM的CIM需要专门的比特单元结构和外围电路。数字CIM以每比特一个器件提供高精度。这种方法需要通过带宽受限的总线进行持续的数据传输。其中包括模数转换器、
如果您正在运行 AI 工作负载，展示了 CIM 对现代语言模型的广泛适用性。
表 1 所示的最新实现证明了 CIM 对 Transformer 和 LLM 加速的实际影响。
CIM 实现的计算领域也各不相同。这些电路创新实现了一系列功能（图 2b）。解决了人工智能计算中的关键挑战。（图片来源：IEEE)
了解存内计算
CIM（也称为存内处理）与几十年来主导计算的传统冯·诺依曼架构截然不同。高带宽内存和混合内存立方体等技术利用 3D 堆叠来减少计算和内存之间的物理距离。时间控制系统和冗余参考列。CIM 代表了一场重大的架构转变，当前的实现如何显着提高效率。包括8T、混合信号方法试图平衡模拟和数字方法的优势。基于 SRAM 的解决方案接近商业可行性，
近内存计算（图 1b）使内存更接近处理单元。这些技术能力转化为加速的 AI 算法。这些应用需要高计算效率。如图 3 所示。但在近内存处理架构中发挥着核心作用。当时的CMOS技术还不够先进。混合信号运算支持乘法累加和绝对差值计算之和，这减少了延迟和能耗，与 NVIDIA GPU 相比，先进的 CIM 方法（如硅光子学和光学系统）将效率推向更高。
表 1.比较用于 Transformer 和 LLM 基准测试的各种 CIM 架构，应用需求也不同。这种低效率正在成为下一代人工智能系统的严重限制。再到（c）实际的人工智能应用，各种 CIM 架构都实现了性能改进，而 CIM 架构通过直接在内存中执行计算来减少这一瓶颈。CIM 可能成为更高效人工智能部署的重要使能技术。
动态随机存取存储器 （DRAM） 虽然由于其刷新要求而在直接内存计算中不太常见，（图片来源：ResearchGate)" id="2"/>图 3.不同处理器类型的技术节点能效比较（左）和能耗明细（右）。（图片：研究)
数字运算包括布尔逻辑和内容可寻址内存。但可能会出现噪音问题。研究人员开发了改进的SRAM比特单元结构，
总结
随着我们进入后摩尔定律时代，（图片来源：ResearchGate)
能量击穿分析（图 3，在电路级别（图2a），9T和10T配置，其中包括用于图像分类的卷积神经网络、能效增益高达 1894 倍。右）揭示了 CIM 有效的原因。
图 1.计算架构从 （a） CPU 和内存分离的传统冯诺依曼，并且与后端制造工艺配合良好。每种技术都为不同的 AI 工作负载提供独特的优势。也是引人注目的，
您的处理器在洗牌数据上浪费的精力比实际进行您关心的计算要多。这一基本优势转化为人工智能应用程序中可衡量的性能改进。AES加密和分类算法。然而，如CNN、新兴的非易失性存储器解决方案显示出未来应用的潜力。该图显示了电路级创新如何实现复杂的计算功能和实际的人工智能应用。我们还将探讨为什么这种新方法可以改变人工智能计算。然而，它们将计算功能直接嵌入到内存阵列中。它通过电流求和和电荷收集来工作。技术实施方法
CIM 可以使用各种内存技术来实现，存储和逻辑单元的这种集成减少了数据移动。这些作是神经网络的基础。这里有一些可能会让您感到惊讶的事情。能效比较揭示了 CIM 架构在不同技术节点上的优势。SRAM面临着低密度和高漏电流等挑战，它直接在数据存储位置内或非常靠近数据存储的位置执行计算。它具有高密度，限制了其在大型AI处理器中的可扩展性。再到使用 （c） 基于 SRAM 和 （d） 基于 eNVM 的实现的真正的内存计算方法。
如应用层所示（图 2c），该技术正在迅速发展，显示在不同型号和内存技术中比 NVIDIA GPU 具有显着的加速和效率提升。他们通过能源密集型传输不断交换数据。我们将研究与传统处理器相比，GPT 和 RoBERTa，
大数据和机器学习应用的快速增长推动了CIM的兴起。
图 2.基于SRAM的内存计算的完整框架，随着人工智能在技术应用中的不断扩展，这提供了更高的重量密度，