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模拟存算一体原理与应用.docx
资料介绍
模拟存算一体：原理、架构与应用前景
一、存算一体技术的发展背景
传统冯·诺依曼架构的瓶颈
传统计算机基于冯·诺依曼架构构建，其核心特点是存储单元与计算单元物理分离，数据需要在内存和处理器之间不断搬运才能完成运算。在云计算、人工智能快速发展的今天，海量数据处理需求爆发式增长，这种分离架构逐渐暴露了两大核心瓶颈：一是功耗瓶颈，数据搬运过程消耗的功耗远高于计算本身，据统计，数据中心中数据交互功耗占总功耗的比例超过70%；二是速度瓶颈，内存带宽的增长速度远低于处理器运算能力的提升速度，“内存墙”问题导致处理器算力无法充分发挥。
存算一体技术的提出
为破解冯·诺依曼架构瓶颈，学术界和产业界提出了存算一体（Compute-In-Memory, CIM）技术，其核心思路是让存储器直接完成计算任务，不需要将数据搬运到外部处理器，从架构层面消除数据搬运带来的功耗和延迟问题。存算一体技术可以分为两类：一类是数字存算一体，基于数字电路实现运算，精度较高但单元面积较大；另一类是模拟存算一体，利用欧姆定律和基尔霍夫定律直接在存储阵列中完成矩阵向量乘法，具有高并行度、低功耗、低延迟的天然优势，是当前存算一体技术领域的研究热点。
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