CHIPS法案的资助推动了高密度、高速混合增益单元存储器的研究
CHIPS和《科学法案》(ScienceAct)的资助推动了一种兼具DRAM密度和SRAM速度的混合型存储器的研究。混合增益单元存储器研究是加利福尼亚-太平洋-西北人工智能硬件中心的项目之一,该中心从美国国防部获得1630万美元。
Wong的团队正在开发一种替代内存设计,它结合了SRAM和DRAM的优点。DRAM由晶体管和电容器组成,因此可以在相对较小的空间内存储大量数据,但读取数据的速度相对较慢。SRAM的读取速度更快,但单元相对较大,由多个晶体管组成。斯坦福团队的增益单元存储器结合了DRAM的小尺寸和SRAM的快速度。
增益单元与DRAM相似,但使用第二个晶体管而不是电容器来存储数据。数据以电荷的形式存储在第二个晶体管的栅极上,栅极是一种电容结构,可控制通过晶体管的电流。普通DRAM中的电容会随着时间的推移泄漏电荷,读出数据时会破坏电容。在增益单元中,读出信号是无损的。事实上,读取晶体管在读出信号时会为存储晶体管提供信号增益。
斯坦福大学电气工程博士生ShuhanLiu对此介绍说:"在DRAM中,每次读取信息都会破坏信息。增益单元表现更好,因为它增加了一个额外的读取晶体管。读取的不仅仅是电荷,而是放大后的信号。"
不过,增益单元也有其自身的局限性。当两个晶体管都是硅时,数据泄漏相对较快。Liu和Wong克服了这些限制,他们将硅读取晶体管与氧化铟锡写入晶体管结合起来,制造出性能更好的混合增益单元存储器。由此产生的器件可保持位超过5000秒(普通DRAM必须每64毫秒刷新一次),速度比类似的氧化物增益单元快约50倍。
佐治亚理工学院的电气工程师ShimengYu说,硅晶体管和氧化物晶体管的结合"减少了单元占用空间,而且氧化物晶体管的漏电流也很低,与硅-硅增益单元相比,混合存储器的数据保留时间提高了几个数量级。"
Wong说,这些混合存储器单元可以集成到逻辑芯片上。这是一个重新构建计算机的机会。这类设计可能会改变存储器的使用方式。超越只能访问闪存、DRAM和SRAM的局限,就"像从3档自行车到20档自行车一样"。"
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