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(fā)和生產(chǎn)制造的技術驅(qū)動力。利用最新的所謂的“深度學習領域?qū)Ｓ糜蚪Y構”（DSA），每個芯片上的SRAM數(shù)量已達到數(shù)百兆位。這導致了兩個具體挑戰(zhàn)。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(zhàn)。
 
第一個挑戰(zhàn)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(jié)點的函數(shù)。

 
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(jié)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(zhàn)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(shù)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(tài)功耗，但這種泄漏也會在SRAM處于活動使用狀態(tài)時發(fā)生，并形成能量浪費的下限。
 
已經(jīng)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(shù)據(jù)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(jié)點的發(fā)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(jīng)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(shù)據(jù)的仿真。
 
這兩個SRAM挑戰(zhàn)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(zhàn)。這種需求來自移動和數(shù)據(jù)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(chǎn)生的DSA芯片應該可以優(yōu)化數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)“晃動”到正向傳播的數(shù)據(jù)中，該傳播已針對針對矩陣/矢量計算進行了優(yōu)化的處理器進行。將結果數(shù)據(jù)與“目標”進行比較，然后將“錯誤數(shù)據(jù)”“拖拉”回內(nèi)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(shù)據(jù)移動。
 
在許多此類DSA芯片并行運行的環(huán)境中，例如數(shù)據(jù)中心，此過程的低效率將導致數(shù)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。
 

關鍵詞：SRAM