阿里達(dá)摩院成功研發(fā)基于DRAM的3D鍵合堆疊存算一體芯片

　　據(jù)阿里云官方發(fā)布，阿里達(dá)摩院成功研發(fā)存算一體芯片。這是全球首款基于 DRAM 的 3D 鍵合堆疊存算一體芯片。它可突破馮・諾依曼架構(gòu)的性能瓶頸，滿(mǎn)足人工智能等場(chǎng)景對(duì)高帶寬、高容量?jī)?nèi)存和極致算力的需求。在特定 AI 場(chǎng)景中，該芯片性能提升 10 倍以上，效能比提升高達(dá) 300 倍。

　　存算一體芯片是目前解決以上問(wèn)題的最佳途徑 —— 它類(lèi)似于人腦，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和計(jì)算單元融合為一體，大幅減少數(shù)據(jù)搬運(yùn)，從而極大提高計(jì)算并行度和能效。

　　這一技術(shù)早在 90 年代就被提出，但受限于技術(shù)的復(fù)雜度、高昂的設(shè)計(jì)成本以及應(yīng)用場(chǎng)景的匱乏，過(guò)去幾十年業(yè)界對(duì)存算一體芯片的研究進(jìn)展緩慢。如今，達(dá)摩院希望通過(guò)自研創(chuàng)新技術(shù)解決算力瓶頸這一業(yè)界難題。

　　此外，存算一體芯片在終端、邊緣端以及云端都有廣闊的應(yīng)用前景。例如 VR/AR、無(wú)人駕駛、天文數(shù)據(jù)計(jì)算、遙感影像數(shù)據(jù)分析等場(chǎng)景中，存算一體芯片都可以發(fā)揮高帶寬、低功耗的優(yōu)勢(shì)。

　　從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，存算一體技術(shù)還將成為類(lèi)腦計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)。

　　為了拉近計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源的距離，達(dá)摩院計(jì)算技術(shù)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新性采用混合鍵合 (Hybrid Bonding) 的 3D 堆疊技術(shù)進(jìn)行芯片封裝 —— 將計(jì)算芯片和存儲(chǔ)芯片 face-to-face 地用特定金屬材質(zhì)和工藝進(jìn)行互聯(lián)。

　　比起業(yè)內(nèi)常見(jiàn)的封裝方案 HBM，混合鍵合 3D 堆疊技術(shù)擁有高帶寬、低成本等特點(diǎn)，被認(rèn)為是低功耗近存計(jì)算的完美載體之一。

　　此外，內(nèi)存單元采用異質(zhì)集成嵌入式 DRAM ，擁有超大內(nèi)存容量和超大帶寬優(yōu)勢(shì)。

　　在計(jì)算芯片方面，達(dá)摩院研發(fā)設(shè)計(jì)了流式的定制化加速器架構(gòu)，對(duì)推薦系統(tǒng)進(jìn)行“端到端”加速，包括匹配、粗排序、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、細(xì)排序等任務(wù)。

　　這種近存架構(gòu)有效解決了帶寬受限的問(wèn)題，最終內(nèi)存、算法以及計(jì)算模塊的完美融合，大幅提升帶寬的同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了超低功耗，展示了近存計(jì)算在數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景的潛力。

　　達(dá)摩院表示，最終的測(cè)試芯片顯示，這種存算技術(shù)和架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)明顯：

　　能通過(guò)拉近存儲(chǔ)單元與計(jì)算單元的距離增加帶寬，降低數(shù)據(jù)搬運(yùn)的代價(jià)，緩解由于數(shù)據(jù)搬運(yùn)產(chǎn)生的瓶頸，而且與數(shù)據(jù)中心的推薦系統(tǒng)對(duì)于帶寬/內(nèi)存的需求完美匹配。

　　該芯片的研究成果已被芯片領(lǐng)域頂級(jí)會(huì)議 ISSCC 2022 收錄。未來(lái)，達(dá)摩院希望能進(jìn)一步攻克存內(nèi)計(jì)算技術(shù)，并逐步優(yōu)化典型應(yīng)用、生態(tài)系統(tǒng)等方面。