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存算一体芯片的模拟计算电路与ADC设计.docx
资料介绍
存算一体芯片的模拟计算电路与ADC设计
1 引言
模拟计算是存算一体芯片的核心技术，通过在模拟域完成乘法累加操作，实现比数字计算更高的能效比。ADC（模数转换器）是模拟存算一体芯片的关键外围电路，其精度、速度和功耗直接影响芯片的总体性能。本章系统分析存算一体芯片的模拟计算电路原理、ADC架构和精度-能效权衡。
2 模拟计算原理
2.1 电流域计算
在Crossbar阵列中，输入电压通过字线施加，每个存储单元的电导值代表权重，输出电流通过位线累加，实现加权求和。电流域计算能效高，但受噪声和IR Drop影响。
2.2 电荷域计算
通过电容耦合实现加权求和，电荷共享的精度较高，但电容面积较大。
3 ADC设计
3.1 SAR ADC
逐次逼近型ADC在速度和功耗之间取得平衡，是存算一体芯片的主流方案。SAR ADC的分辨率通常为4-8比特。
3.2 时间域ADC
TDC方案通过时间-数字转换替代电压-数字转换，无需高精度比较器，面积和功耗更低。
4 精度-能效权衡
模拟计算的精度受器件噪声、ADC分辨率和IR Drop影响。在INT8精度下，能效比可达100 TOPS/W以上。在BF16精度下，能效比约70 TFLOPS/W。
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