SRAM是可在任何CMOS工藝中“免費獲得”的存儲器。自CMOS誕生以來，SRAM一直是任何新CMOS工藝的開發和生產制造的技術驅動力。利用最新的所謂的“深度學習領域專用域結構”（DSA），每個芯片上的SRAM數量已達到數百兆位。

這導致了兩個具體挑戰。接下來由專注于代理銷售SRAM、SDRAM、MRAM、Flash等存儲芯片的宇芯電子介紹關于SRAM兩大問題挑戰。

第一個挑戰是使用FinFET晶體管的最新CMOS技術使單元尺寸的效率越來越低。在圖1中可以看到這一點，其中SRAM單元大小是CMOS技術節點的函數。

圖1：過去30年中6晶體管SRAM單元尺寸的縮小趨勢。一旦FinFET晶體管成為CMOS的基礎，請注意減速。

平面到FinFET的過渡對SRAM單元的布局效率有重大影響。使用FinFET逐漸縮小關鍵節距已導致SRAM單元尺寸的迅速減小。鑒于對更大的片上SRAM容量的需求不斷增長，這樣做的時機不會更糟。離SRAM將主導DSA處理器大小的局面并不遙遠。

第二個挑戰是從正電源通過SRAM單元流到地面的泄漏電流。這主要是由于亞閾值晶體管泄漏是指數激活的，這意味著隨著芯片溫度的升高，泄漏急劇增加。由于它沒有做任何有用的工作，因此會浪費能源。盡管通常被稱為靜態功耗，但這種泄漏也會在SRAM處于活動使用狀態時發生，并形成能量浪費的下限。

已經采用了近20年的緩解技術來限制這種影響，最先進的技術是將SRAM電源電壓從其工作值降低到所謂的數據保持電壓（DRV）。最初此技術可將工作電源電壓下的漏電流降低5到10倍。隨著技術節點的發展，電源電壓不斷降低，工作電壓和DRV之間的凈空縮小了，從而導致使用該技術的漏電流降低了約2倍。

既然我們已經基本用盡了所有的泄漏緩解技術，那么越來越大的SRAM容量將導致大量的浪費電流。如圖2所示，CPU芯片上的SRAM容量每18個月翻一番。

圖2：隨著片上SRAM容量的不斷增加，預計SRAM泄漏電流為50oC。結果是基于低于10nm CMOS的晶體管泄漏數據的仿真。

這兩個SRAM挑戰與不斷提高的片上高速緩存存儲速度和容量的需求密不可分，從而帶來了成本和能源浪費方面的真正挑戰。這種需求來自移動和數據中心應用程序。由于電池壽命的限制，對能源效率的最終要求在前者中是顯而易見的，但在后者中也變得至關重要。

由于深度學習而產生的DSA芯片應該可以優化數據中心的性能，成本和能源。作為其一部分，要求它們的芯片將數據“晃動”到正向傳播的數據中，該傳播已針對針對矩陣/矢量計算進行了優化的處理器進行。將結果數據與“目標”進行比較，然后將“錯誤數據”“拖拉”回內存以在下一個收斂周期中使用。除了通常需要每秒Tera浮點運算（TFLOPS）的處理器外，還需要越來越快的片上高速緩存來處理這種巨大的數據移動。

在許多此類DSA芯片并行運行的環境中，例如數據中心，此過程的低效率將導致數千安培從主電源流向地面。所有這些浪費的大量泄漏自然會導致巨大的浪費成本。

審核編輯：劉清