Сверхвысокая плотность и энергоэффективность с адресацией содержимого на основе флэш-памяти 3D-NAND
Структура предлагаемой CAM-конструкции на основе флэш-массива 3D-NAND с k×n хранимыми словами в m бит. Предоставлено: Science China Press
Вычислительные приложения с интенсивным использованием данных, такие как распознавание образов, обработка видео, ядра баз данных и сетевые маршрутизаторы, резко возросли из-за быстрого развития больших данных и искусственного интеллекта (ИИ), которые предъявляют строгие требования к хранению и обработке огромных ресурсов данных.
Благодаря различным схемам работы оперативной памяти (ОЗУ) и мощной функциональности высокого параллелизма и высокой скорости, адресная память содержимого (CAM) является отличным решением для вычислительных систем с интенсивным использованием данных. Тем не менее, существующие традиционные конструкции CAM на основе CMOS препятствуют дальнейшему развитию вычислительных систем с интенсивным использованием данных из-за чрезмерно большой площади схемы и нетривиального энергопотребления в режиме ожидания по мере уменьшения технологии.
Новая конструкция CAM на основе 3D-NAND со сверхвысокой плотностью и низким энергопотреблением предложена для вычислений с интенсивным использованием данных Хаочжаном Яном и соавторами из Пекинского университета. Новизна резюмируются следующим образом:
-
В предлагаемой конструкции CAM используются два соседних транзистора NAND в направлении линии слова, чтобы составить одну ячейку CAM. Данные, хранящиеся в ячейке CAM, определяются пороговым напряжением двух транзисторов вместе. При использовании 16-слойного массива 3D-NAND энергопотребление (0,196 фДж/бит/поиск) ниже, чем у обычных TCAM на основе SRAM (0,58 фДж/бит/поиск по технологии 32 нм), а плотность ячеек в 157 раз выше, чем из-за функции 3D-стекирования.
-
Для повышения плотности ячеек и расширения функционала предлагается многоуровневая CAM-конструкция на основе вспышки 3D-NAND, которая хранит несколько логических состояний в одной CAM-ячейке. Результаты моделирования показывают большое окно (>0,6 В) между полностью совпадающими случаями и 1-битными случаями несоответствия 4-уровневой конструкции CAM, что подтверждает его осуществимость. Также анализируется влияние слоев 3D-NAND, паразитного сопротивления и емкости на свойства многоуровневой конструкции CAM, что дает рекомендации по улучшению процесса и материала.
Оригинал статьи: Haozhang Yang et al, An ultra-high-density and energy-efficient content addressable memory design based on 3D-NAND flash, Science China Information Sciences (2023).
Нашли ошибку в тексте? Напишите нам.
