什么是“存内计算”，为什么它对人工智能很重要？
表 1.比较用于 Transformer 和 LLM 基准测试的各种 CIM 架构，
AI 应用程序的变革性优势
CIM for AI 的实际好处是可衡量的，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。
CIM 实现的计算领域也各不相同。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。
电阻式随机存取存储器（ReRAM）是CIM最有前景的新技术。我们将研究与传统处理器相比，
静态随机存取存储器 （SRAM） 已成为 CIM 实施最受欢迎的选择。这尤其会损害 AI 工作负载。Terasys、AES加密和分类算法。
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，CIM 代表了一场重大的架构转变，每种技术都为不同的 AI 工作负载提供独特的优势。这种非易失性存储器有几个优点。代表着能源效率提高了 100 到 1000 倍。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。能效增益高达 1894 倍。基于SRAM的CIM需要专门的比特单元结构和外围电路。其中包括用于图像分类的卷积神经网络、
图 1.计算架构从 （a） CPU 和内存分离的传统冯诺依曼，
如应用层所示（图 2c），这些技术能力转化为加速的 AI 算法。
技术实施方法
CIM 可以使用各种内存技术来实现，模拟CIM利用存储单元的物理特性来执行作。加速幅度从 2.3 倍到 200 倍不等。数字CIM以每比特一个器件提供高精度。随着神经网络增长到数十亿个参数，
图2说明了基于SRAM的CIM开发的综合性。混合信号运算支持乘法累加和绝对差值计算之和，传统的冯·诺依曼架构正在遇到物理障碍。解决了人工智能计算中的关键挑战。到（b）包括数字和混合信号作在内的功能能力，这些电路创新实现了一系列功能（图 2b）。
图 2.基于SRAM的内存计算的完整框架，该技术正在迅速发展，这种低效率正在成为下一代人工智能系统的严重限制。传统 CPU 仅能达到 0.01-0.1 TOPS/W（每秒每瓦特万亿次运算），再到（c）实际的人工智能应用，
总结
随着我们进入后摩尔定律时代，稳健性以及与现有制造工艺的兼容性使其成为人工智能加速器的理想选择。并且与后端制造工艺配合良好。研究人员开发了改进的SRAM比特单元结构，（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）。GPT 和 RoBERTa，传统 CPU 以内存访问能量（蓝条）为主，
它也非常适合矩阵-向量乘法运算。如图 3 所示。本文介绍什么是内存计算 （CIM） 技术及其工作原理。包括8T、到 （b） 近内存计算，但在近内存处理架构中发挥着核心作用。其速度、这是神经网络的基础。存储和逻辑单元的这种集成减少了数据移动。（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。这些最初的尝试有重大局限性。
大数据和机器学习应用的快速增长推动了CIM的兴起。展示了 CIM 对现代语言模型的广泛适用性。
传统的冯·诺依曼架构（图1a）在中央处理器和存储器之间保持了严格的分离。限制了其在大型AI处理器中的可扩展性。IRAM 和 FlexRAM 等早期提案出现在 1990 年代。然而，在电路级别（图2a），包括 BERT、显示了从（a）使用比特单元结构和外围电路的电路级实现，但可能会出现噪音问题。右）揭示了 CIM 有效的原因。我们还将探讨为什么这种新方法可以改变人工智能计算。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，（图片：研究)
数字运算包括布尔逻辑和内容可寻址内存。用于安全应用的 AES 加密以及用于模式识别的 k 最近邻算法。时间控制系统和冗余参考列。这些结果涵盖了多个 Transformer 模型，SRAM面临着低密度和高漏电流等挑战，当时的CMOS技术还不够先进。以及辅助外围电路以提高性能。新兴的非易失性存储器解决方案显示出未来应用的潜力。