Samsung Electronics Co., Ltd. zijn demonstratie van 's werelds eerste in-memory computing op basis van MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory). Het artikel over deze innovatie werd op 12 januari (GMT) online gepubliceerd door Nature, en zal worden gepubliceerd in de komende gedrukte editie van Nature. Dit artikel, getiteld A crossbar array of magnetoresistive memory devices for in-memory computing1 , toont Samsungs leiderschap op het gebied van geheugentechnologie en zijn inspanningen om geheugen en systeemhalfgeleiders samen te voegen voor chips van de volgende generatie kunstmatige intelligentie (AI). Het onderzoek werd geleid door het Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), in nauwe samenwerking met de Foundry Business en het Semiconductor R&D Center van Samsung Electronics. De eerste auteur van het artikel, Dr. Seungchul Jung, stafonderzoeker bij SAIT, en de co-corresponderende auteurs Dr. Donhee Ham, Fellow van SAIT en professor aan Harvard University, en Dr. Sang Joon Kim, Vice President of Technology bij SAIT, waren de speerpunten van het onderzoek. In de standaard computerarchitectuur worden gegevens opgeslagen in geheugenchips en wordt de gegevensverwerking uitgevoerd in afzonderlijke processorchips. In-memory computing daarentegen is een nieuw computerparadigma dat zowel gegevensopslag als gegevensverwerking in een geheugennetwerk tracht uit te voeren. Aangezien met dit systeem een grote hoeveelheid in het geheugennetwerk zelf opgeslagen gegevens kan worden verwerkt zonder dat de gegevens hoeven te worden verplaatst, en ook omdat de gegevensverwerking in het geheugennetwerk op een zeer parallelle wijze wordt uitgevoerd, wordt het stroomverbruik aanzienlijk beperkt. In-memory computing is dus naar voren gekomen als een van de veelbelovende technologieën om de volgende generatie low-power AI halfgeleiderchips te realiseren. Om deze reden is het onderzoek naar in-memory computing wereldwijd intensief voortgezet. Niet-vluchtige geheugens, in het bijzonder RRAM (Resistive Random Access Memory) en PRAM (Phase-change Random Access Memory), zijn actief gebruikt voor het demonstreren van in-memory computing. Daarentegen was het tot dusver moeilijk om MRAM - een ander type niet-vluchtig geheugen - te gebruiken voor in-memory computing, ondanks de voordelen van MRAM zoals werkingssnelheid, duurzaamheid en productie op grote schaal. Dit probleem vloeit voort uit de lage weerstand van MRAM, waardoor MRAM niet kan profiteren van het voordeel van energiebesparing wanneer het wordt gebruikt in de standaardarchitectuur voor in-memory computing. De onderzoekers van Samsung Electronics hebben een oplossing voor dit probleem gevonden door een architectonische innovatie. Concreet zijn zij erin geslaagd een MRAM-arraychip te ontwikkelen die in-memory computing demonstreert, door de standaard, current-sum in-memory computing-architectuur te vervangen door een nieuwe, resistance sum in-memory computing-architectuur, die het probleem van de kleine weerstanden van afzonderlijke MRAM-apparaten aanpakt. Samsungs onderzoeksteam testte vervolgens de prestaties van deze MRAM-chip voor in-memory computing door er AI-computing mee uit te voeren. De chip behaalde een nauwkeurigheid van 98% bij het classificeren van handgeschreven cijfers en een nauwkeurigheid van 93% bij het detecteren van gezichten in scènes. Door MRAM - het geheugen dat al op commerciële schaal wordt geproduceerd in de halfgeleiderfabricage van systemen - in te zetten in het domein van in-memory computing, verruimt dit werk de grenzen van de volgende generatie low-power AI-chiptechnologieën. De onderzoekers hebben ook gesuggereerd dat deze nieuwe MRAM-chip niet alleen kan worden gebruikt voor in-memory computing, maar dat hij ook kan dienen als platform om biologische neuronale netwerken te downloaden. Dit ligt in de lijn van de neuromorfische elektronica visie die Samsungs onderzoekers onlangs naar voren brachten in een perspectief paper gepubliceerd in het september 2021 nummer van het tijdschrift Nature Electronics.