基于忆阻器的感存算一体技术综述

忆阻器的低功耗、高响应、纳米级、非易失性等特性,在实现非冯·诺依曼计算架构中展现出巨大潜力.基于忆阻器的高密度横梁阵列可实现数据存储及并行计算一体的逻辑电路和类脑计算电路.此外,纳米传感器与忆阻器进一步集成,采集的信号直接送往忆阻器阵列进行运算和存储,感知、存储与计算一体化的芯片技术成为新的研究热点.该文对基于忆阻器的存算一体技术、感存算一体技术的研究现状进行综述,并给出研究前景展望.     

基于SRAM的感存算一体化技术综述

基于SRAM(静态随机存取)存储器的感存算一体化芯片架构将传感、存储和计算功能结合,通过使存储单元具备计算能力,避免了计算过程中数据的搬移,解决了冯诺依曼架构所面临的“存储墙”的问题。该结构与传感器部分结合,可以实现超高速、超低功耗的运算能力。SRAM存储器相较于其他存储器在速度方面具有较大优势,主要体现在该架构能够实现较高的能效比,在精度增强后可以保证较高精度,适用于低功耗高性能要求下的大算力场景设计。该文调研了近几年来关于感存算一体化的研究,介绍了传统感知系统和持续感知系统及感算共融系统,并介绍了基于SRAM存储器的感存算一体芯片最常见的几种计算单元结构,在电压域、电荷域和数字域考察了基于SRAM的感存算一体的研究发展,进行分析对比其优劣势,结合调研分析讨论了该领域的未来发展方向。     

基于SRAM的通用存算一体架构平台在物联网中的应用

最近,存算一体(IMC)架构引起了广泛关注,并被认为有望成为突破冯诺依曼瓶颈的新型计算机架构,特别是在数据密集型(data-intensive)计算中能够带来显著的性能和功耗优势.其中,基于SRAM的IMC架构方案也被大量研究与应用.该文在一款基于SRAM的通用存算一体架构平台——DM-IMCA的基础上,探索IMC架构在物联网领域中的应用价值.具体来说,该文选取了物联网中包括信息安全、二值神经网络和图像处理在内的多个轻量级数据密集型应用,对算法进行分析或拆分,并将关键算法映射到DM-IMCA中的SRAM中,以达到加速应用计算的目的.实验结果显示,与基于传统冯诺依曼架构的基准系统相比,利用DM-IMCA来实现物联网中的轻量级计算密集型应用,可获得高达24倍的计算加速比.     

基于SRAM的通用存算一体架构平台在物联网中的应用

最近,存算一体(IMC)架构引起了广泛关注,并被认为有望成为突破冯诺依曼瓶颈的新型计算机架构,特别是在数据密集型(data-intensive)计算中能够带来显著的性能和功耗优势。其中,基于SRAM的IMC架构方案也被大量研究与应用。该文在一款基于SRAM的通用存算一体架构平台——DM-IMCA的基础上,探索IMC架构在物联网领域中的应用价值。具体来说,该文选取了物联网中包括信息安全、二值神经网络和图像处理在内的多个轻量级数据密集型应用,对算法进行分析或拆分,并将关键算法映射到DM-IMCA中的SRAM中,以达到加速应用计算的目的。实验结果显示,与基于传统冯诺依曼架构的基准系统相比,利用DM-IMCA来实现物联网中的轻量级计算密集型应用,可获得高达24倍的计算加速比。     

基于忆阻器的1T1M可重构阵列结构

忆阻器(Memristor)或者阻变存储器(ReRAM)是一种具有存储和计算功能的新型非易失性存储器(NVM),可以用作存算一体(PIM)的非冯·诺依曼计算机体系架构的基础器件。针对可重构阵列处理器数据计算速度和存储速度不匹配的问题,该文采用电压阈值自适应忆阻器(VTEAM)模型,经过凌力尔特通用模拟电路仿真器(LTSPICE)仿真验证,可以实现布尔逻辑完备集。在此基础上,设计了一种1T1M忆阻器交叉阵列,具有结构简单、可重构性和高并行性的特点,利用蒙特卡罗(MC)法进行容差分析,计算精度达到0.998。该阵列与现有的先进阵列相比,能有效提升芯片的性能,降低处理延迟与能耗,可以与可重构阵列处理器结合以应对“存储墙”问题。     

存算一体技术产业发展研究

基于存算一体技术产业发展实际情况,结合人工智能算力快速发展的背景,从基础硬件、计算架构、技术挑战等维度分析存算一体技术发展现状和趋势,研究存算一体产业结构、主要应用、产业发展面临的机遇和挑战,最后根据我国算力技术产业发展实际情况,提出存算一体发展策略。     

基于互补式忆阻器的多路复用器设计与实现

针对现有忆阻器逻辑设计方法所需忆阻器数量较大和操作步骤较多的问题,提出一种基于互补式忆阻器(complementary resistive switches,CRS)的灵活配置同行忆阻器的逻辑设计方法.通过对施加于CRS的高电压设置电压约束,更快速地实现布尔逻辑,并利用该方法实现了四种基本逻辑门,分别是与逻辑(AND)...     

基于忆阻器的乘法器电路设计

忆阻器作为一种非易失性的新型电路元件,在数字逻辑电路中具有良好的应用前景。目前,基于忆阻器的逻辑电路主要涉及全加器、乘法器以及异或(XOR)和同或(XNOR)门等研究,其中对于忆阻乘法器的研究仍比较少。该文采用两种不同方式来设计基于忆阻器的2位二进制乘法器电路。一种是利用改进的“异或”及“与”多功能逻辑模块,设计了一个2位二进制乘法器电路,另一种是结合新型的比例逻辑,即由一个忆阻器和一个NMOS管构成的单元门电路设计了一个2位二进制乘法器。对于所设计的两种乘法器进行了比较,并通过LTSPICS仿真进行验证。该文所设计的乘法器仅使用了2个N型金属-氧化物-半导体(NMOS)以及18个忆阻器(另一种为6个NMOS和28个忆阻器),相比于过去的忆阻乘法器,减少了大量晶体管的使用。     

存内计算芯片研究进展及应用

随着数据快速增长,冯诺依曼架构内存墙成为计算性能进一步提升的关键瓶颈。新型存算一体架构(包括存内计算(IMC)架构与近存计算(NMC)架构),有望打破冯诺依曼架构瓶颈,大幅提高算力和能效。该文介绍了存算一体芯片的发展历程、研究现状以及基于各类存储器介质(如传统存储器DRAM, SRAM和Flash和新型非易失性存储器ReRAM, PCM, MRAM, FeFET等)的存内计算基本原理、优势与面临的问题。然后,以知存科技WTM2101量产芯片为例,重点介绍了存算一体芯片的电路结构与应用现状。最后,分析了存算一体芯片未来的发展前景与面临的挑战。     

基于忆阻器的自动增益控制电路设计

忆阻器被认为是除了电阻、电容、电感之外的第四个基本电路元件,它是一种非线性二端无源器件,具有“记忆”功能.忆阻器在众多领域中具有巨大的应用潜力,有望推动整个电路理论的变革.介绍了一种改进的忆阻器SPICE模型,在此基础上,设计了一种基于忆阻器的自动增益控制电路.通过SPICE对电路进行仿真,证明该设计是可行的,完全实现了增益的自动控制.     

IT支撑系统中的存储特征需求及云存储方案研究

本文通过分析各类IT支撑系统应用的存储技术特征,为不同类应用选择恰当的存储方案,有助于降低系统建设成本、提供差异化存储服务,同时,通过研究云存储技术及对应适用场景,对于推进云计算在IT领域的应用具有重要意义.     

基于忆阻器的混沌、存储器及神经网络电路研究进展

忆阻器是除电阻、电容、电感之外发现的第4种基本电子元件,它是一种具有记忆特性的非线性器件,可用于混沌、存储器、神经网络等电路与系统的实现。该文对基于忆阻器的混沌电路、存储器、神经网络电路的设计与神经动力学的国内外研究进行了综述,并给出了对它们的研究展望。     

云计算与区块链平台的遥感影像安全检索方案

遥感影像外包到半可信的云平台进行存储和检索时,可能导致影像数据的泄露和返回不完整的检索结果。加密可以保护影像数据的安全,但无法保证云平台提供真实、完整的存储和检索服务。区块链技术能有效保证存储和检索服务的真实性和完整性,但区块链的计算和存储能力有限,如何实现遥感影像的安全存储和检索仍是一个具有挑战性的问题。该文提出一种结合云平台和区块链的遥感影像安全检索方法,将影像哈希等轻量级数据存储于区块链,云平台存储海量加密影像数据,确保云存储影像的真实性;区块链执行基于遥感影像属性的检索,在此基础上由云平台执行复杂度较高的基于内容的安全检索,保证了检索结果的完整性;利用区块链技术设计遥感影像检索交易机制。实验表明方案可以实现安全、真实、完整和高效的遥感影像检索,并构建一个双方信任的公平交易环境。     

基于双曲正切忆阻器的Duffing系统中簇发、共存分析及其DSP实现

忆阻器作为第4种基本电路元件由蔡少棠首次提出,它的提出为混沌电路的设计和工程应用提供了新思路。该文通过在Homles型Duffing系统中引入一个双曲正切忆阻模型,得到了一个新忆阻Duffing非自治系统。利用转换相图、相图、Lyapunov指数等,揭示了该系统具有振荡尖峰数目可控簇发、非完全对称双边簇发、非完全对称的簇发共存、多种周期混沌共存等新颖动力学行为。并通过分岔图及平衡点分析,研究了其簇发产生机理。采用Multisim电路仿真与数字信号处理平台(DSP)对系统进行了硬件实现,与理论分析基本一致的实验结果证明该系统是可行的且是物理可实现的。     

基于忆阻的全功能巴甫洛夫联想记忆电路的设计、实现与分析

联想记忆是一种描述生物学习和遗忘过程的重要机制,对构建神经形态计算系统和模拟类脑功能有重要的意义,设计并实现联想记忆电路成为人工神经网络领域内的研究热点。巴甫洛夫条件反射实验作为联想记忆的经典案例之一,其硬件电路的实现方案仍然存在电路设计复杂、功能不完善以及过程描述不清晰等问题。基于此,该文融合经典的条件反射理论和纳米科学技术,提出一种基于忆阻的全功能巴甫洛夫联想记忆电路。首先,基于水热合成法和磁控溅射法制备了Ag/TiO_x nanobelt/Ti结构的忆阻器,通过电化学工作站、四探针测试台和透射电子显微镜联合完成相应的性能测试;接着,利用测试得到的电化学数据,构建了Ag/TiO_x nanobelt/Ti忆阻器的数学模型和SPICE电路模型,并通过客观评价验证模型的精确度;进一步,基于提出的Ag/TiO_x nanobelt/Ti忆阻器模型,设计了一种全功能巴甫洛夫联想记忆电路,通过电路描述和功能分析,论述了该电路能够正确模拟巴甫洛夫实验中2类学习过程和3类遗忘过程;最后,通过一系列计算机仿真和分析,验证了所提方案的正确性和有效性。     

云计算理念与技术的医疗信息化路径研究

本文将结合实际,从云计算的概念及应用优势出发,着重就云计算在区域医疗信息化中的具体应用进行研究探索。     

实时太赫兹探测与成像技术新进展

图像获取速率和空间分辨率一直是面向应用型太赫兹成像所要解决的关键问题。针对这一问题,学者们基于合成孔径雷达(SAR)成像技术、电磁干涉与压缩感知(CS)等理论,提出了太赫兹合成孔径成像、太赫兹干涉成像和太赫兹压缩感知成像技术,它们在成像速度和空间分辨率等方面具有良好的发展潜力。综述了上述三种方法,总结概括其各自的技术优势以及新近的研究进展。展望了太赫兹成像技术在军事、公共安全领域以及无损探伤等领域的应用前景。     

基于物联网环境的云存储及安全技术研究

文章基于云存储的架构模型和云存储的关键技术,从可用性、可靠性和数据共享3个方面分析了云存储与物联网的结合的可行性,探讨了云存储在物联网环境下所面临的安全问题及相应的解决办法和物联网环境下的云存储平台结构模型,并对云存储在物联网中的未来发展趋势进行了展望。