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面向存算一体芯片的模拟计算阵列中存算一体芯片的全低热预算感存算一体单片三维集成芯片架构.docx
资料介绍
面向存算一体芯片的模拟计算阵列中存算一体芯片的全低热预算感存算一体单片三维集成芯片架构
摘要
后摩尔时代，传统晶体管"几何微缩"进程趋缓，集成电路新范式通过3D堆叠多功能芯片实现系统级延迟降低与集成密度提升。本文基于中国科学院微电子研究所在VLSI 2026上发表的最新成果，设计了一种面向视觉大模型加速的全低热预算"感存算一体化"单片三维集成原型芯片架构。该架构在单芯片内垂直异质集成多光谱碳纳米管传感单元、3D混合增益存算单元与混合CFET结构SRAM数字存算单元，并与DETR视觉大模型的注意力计算范式深度对齐。相比传统2D架构，该架构可提升计算能效与处理时效，为边缘AI视觉计算提供了前瞻技术路径。
一、感存算一体化的需求
1.1 边缘AI视觉的瓶颈
边缘AI视觉需要在传感器端实时完成图像采集、特征提取和推理，传统方案使用独立传感器+处理器+存储器的分立方案，数据传输延迟和功耗大。
1.2 单片三维集成的优势
通过单片三维集成，将传感、存储和计算单元垂直堆叠在同一芯片内，实现数据在垂直方向上的超短路径传输，延迟和功耗显著降低。
二、芯片架构设计
2.1 三层垂直堆叠
芯片采用三层垂直堆叠架构：底层为混合CFET结构SRAM数字存算单元，中层为3D混合增益存算单元，顶层为多光谱碳纳米管传感单元。层间通过TSV和混合键合互联。
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