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面向存算一体芯片的模拟计算ADC-DAC设计从精度到能效的权衡.docx
资料介绍
面向存算一体芯片的模拟计算ADC/DAC设计从精度到能效的权衡
——从SAR ADC到时间域ADC的低功耗数据转换电路设计
引言
在存算一体芯片中，模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）是连接模拟计算域和数字处理域的关键接口。输入数据通过DAC转换为模拟电压，驱动存储阵列执行MAC计算，计算结果通过ADC转换为数字值，供后续数字处理。ADC和DAC的精度、速度和功耗直接影响存算一体芯片的整体性能。在边缘AI推理场景中，ADC和DAC的功耗可占总功耗的30%至50%，其设计优化至关重要。本文系统分析面向存算一体芯片的ADC和DAC设计，探讨精度、速度和功耗之间的权衡。
存算一体芯片中ADC/DAC的独特需求
精度需求
存算一体芯片中ADC/DAC的精度需求由以下因素决定：
1. 计算精度：AI推理的精度需求通常为INT8或INT4，要求ADC的有效位数（ENOB）为8位或4位。
2. 阵列输出范围：存储阵列的模拟输出电流范围由阵列尺寸和单单元电流决定，ADC的输入范围需匹配阵列输出范围。
3. 非理想性补偿：模拟计算的非理想性（如电导漂移、非线性）需要额外的精度余量，通常要求ADC的ENOB比计算精度高1至2位。
速度需求
存算一体芯片中ADC/DAC的速度需求由推理吞吐量决定：
1. MAC操作频率：阵列的MAC操作频率通常为10MHz至100MHz，ADC/DAC的转换速率需匹配操作频率。
2. 并行度：存算一体芯片通常采用列并行ADC架构，每列配置一个ADC，ADC的数量影响芯片面积和功耗。
3. 流水线要求：ADC/DAC的转换延迟需与阵列的MAC计算延迟匹配，避免流水线停顿。
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