筆者最近從Mark Reiten（SST授權(quán)部門的副總裁）處了解到該公司的SuperFlash memBrain技術(shù)，這是一種革命性的新型模擬技術(shù)，用于執(zhí)行當(dāng)今人工智能(AL)、機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)和深度學(xué)習(xí)(DL)算法中的矩陣運(yùn)算。

SuperFlash memBrain是一種神經(jīng)形態(tài)多層次非易失性內(nèi)存(non-volatile memory,簡稱NVM)解決方案，使用SST的標(biāo)準(zhǔn)SuperFlash存儲(chǔ)單元，為AI、ML和DL應(yīng)用提供內(nèi)存計(jì)算架構(gòu)。SuperFlash存儲(chǔ)單元已在多個(gè)半導(dǎo)體工廠投入生產(chǎn)。

據(jù)維基百科介紹，“神經(jīng)工程，也被稱為神經(jīng)計(jì)算，是使用包含電子模擬電路的超大規(guī)模集成系統(tǒng)來模擬神經(jīng)系統(tǒng)中存在的神經(jīng)生物結(jié)構(gòu)。神經(jīng)計(jì)算機(jī)/芯片是使用物理人工神經(jīng)元(由硅制成)進(jìn)行計(jì)算的設(shè)備。”

眾所周知，人類大腦是由神經(jīng)元細(xì)胞形成的，神經(jīng)元通過突觸相互交流。一個(gè)典型的閃存單元基于一個(gè)浮動(dòng)?xùn)啪w管，可以用來表示數(shù)字0或1；相比之下，一個(gè)SuperFlash memBrain記憶體可以用來表示256個(gè)不同的值，用于代表人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(artificial neural network ,簡稱ANN)中與“突觸”相關(guān)的“權(quán)重”。

AI / ML / DL應(yīng)用使用了大量的矩陣乘法運(yùn)算，這些運(yùn)算本身使用了乘積(MAC)運(yùn)算。考慮一個(gè)2×2數(shù)組的簡單例子，包含四個(gè)基本單元：

我們可以把SuperFlash memBrain記憶體想象成一個(gè)可編程的電阻。根據(jù)歐姆定律，V = IR，所以I(流過電池的電流)= V/R。電阻(R)的倒數(shù)是電導(dǎo)(G);即G = 1/R。這意味著I = V * G（乘法運(yùn)算）。此外，同一列中每個(gè)單元的電流是累加的（加法運(yùn)算）。因此，每個(gè)記憶體可以被認(rèn)為是執(zhí)行突觸的功能，每一列可以被認(rèn)為是執(zhí)行神經(jīng)元的功能。

該層次結(jié)構(gòu)再往上一層是memBrain塊，它是包含上述記憶體的一大數(shù)組，并對(duì)輸入和輸出進(jìn)行適當(dāng)信號(hào)調(diào)節(jié)。

與標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字嵌入式Flash存儲(chǔ)器相比，該陣列的輸入和輸出范圍要寬得多。權(quán)重首先作為電導(dǎo)值存儲(chǔ)在memBrain數(shù)組中，當(dāng)被灌入輸入電壓時(shí)，SuperFlash memBrain單元既存儲(chǔ)權(quán)重，同時(shí)執(zhí)行乘法操作，產(chǎn)生的電流相累加，數(shù)百萬個(gè)MAC操作可以同時(shí)執(zhí)行。需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)是，其性能和功耗比優(yōu)化的數(shù)字解決方案要好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

SST的這一技術(shù)令人振奮的原因在于，SoC設(shè)備可以在設(shè)計(jì)中以IP形式使用SuperFlash memBrain。根據(jù)Microchip今年早些時(shí)候發(fā)布的新聞稿，一家名為WITINMEM的公司已經(jīng)將SuperFlash memBrain技術(shù)整合到超低功耗的SoC中，充分利用這種內(nèi)存計(jì)算技術(shù)進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理，包括語音識(shí)別、聲紋識(shí)別、深度語音降噪、場景檢測和健康狀態(tài)監(jiān)測等。

審核編輯 ：李倩