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SRAM存内计算宏单元设计从6T到8T位元结构.docx
资料介绍
SRAM存内计算宏单元设计：从6T到8T位元结构
1 引言
SRAM存内计算（SRAM-CiM）是当前产业化程度最高的存算一体技术路线，利用SRAM单元在读取时通过位线电流叠加实现加权求和。SRAM-CiM宏单元（Macro）是存算一体芯片的核心计算单元，其位元结构、读出电路和计算精度直接影响芯片性能。本章系统分析SRAM-CiM宏单元的设计原理、位元结构演进和读出电路优化。
2 基本工作原理
2.1 模拟计算
SRAM-CiM通过同时激活多行字线，位线上的电流叠加表示乘法累加结果。每个SRAM单元存储1比特权重，输入数据通过字线激活控制，输出电流通过ADC转换为数字结果。
2.2 位串行与位并行
位串行方案逐位计算，节省硬件但速度慢。位并行方案同时计算所有位，速度更快但硬件开销更大。
3 位元结构演进
3.1 标准6T SRAM
标准6T SRAM位元在正常读取时只能单行激活，无法直接用于CiM。需要修改外围电路支持多行同时激活。
3.2 8T/10T SRAM
8T SRAM增加独立的读端口，支持多行同时读取。10T SRAM进一步优化读稳定性和计算精度。
4 读出电路
4.1 ADC
ADC将模拟电流转换为数字结果，是SRAM-CiM的精度和功耗瓶颈。逐次逼近型ADC（SAR ADC）在速度和功耗之间取得平衡。
4.2 无ADC方案
通过时间数字转换（TDC）或电容耦合方案替代ADC，可降低功耗和面积。西安电子科技大学提出的TCL（翻转计数线）电路采用无损位列压缩，将64个部分积压缩为15路信号。
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