【专利解密】旺宏如何改善3D NAND人工智能加速器辨识程序的能源效率

【爱集微点评】旺宏的3D NAND专利，通过采用共享字线/串列选择线群组/接地选择线的设计，使得时间与能源的耗费能够被摊平。

集微网消息，近日，虽然当前半导体市场相对低迷，但为了加快新产品研发同时为后续市场回暖做准备，旺宏仍持续投入3D NAND等相关研发。

随着人工智能技术的发展，边缘计算的人工智能加速器对于AIoT应用变得越来越重要。除了传统的范纽曼计算架构之外，存储器内计算具备更好的性能而受到了全世界的关注，其能够降低数据迁移量至少提高一个数量级。在各种存储器内计算装置中，3D NAND人工智能加速器拥有较高的存储密度和较低的导通电流。在3D NAND人工智能加速器的辨识程序中，图样信号输入至滤波器，以进行乘积累加运算,辨识程序需要进行巨量数据的计算而相当耗电。因此，研究人员正致力于改善3D NAND人工智能加速器的辨识程序的能源效率。

为此，旺宏于2020年9月9日申请了一项名为“三维NAND人工智能加速器的辨识方法与控制电路”的发明专利（申请号：202010944286.4），申请人为旺宏电子股份有限公司。

图1 3D NAND人工智能加速器的示意图

图1为本专利提出的一种3D NAND人工智能加速器的示意图，3D NAND人工智能加速器100包括多个存储单元、多条位线（BL1、BL2等）、多条字线（WL1、WL2等）、多条串列选择线（SSL1、SSL2等）、多个接地选择线（GSL）及多个感测放大器（SA1、SA2等）。在读取时所选择的存储单元中，图样信号系由位线输入，以进行乘积累加运算。乘积累加运算系为向量与矩阵的乘积，总和电流通过感测放大器转换为电压后供后续计算应用。

图2 3D NAND人工智能加速器100的方块图

图2为3D NAND人工智能加速器100的方块图。其主要包括控制电路110、3D NAND阵列120以及对应于多个核的多个区块（BK1、BK2、...、BKn）。控制电路110包括位线控制器111及字线与串列选择线控制器112，其中位线控制器111用于输入图样信号至位线。字线与串列选择线控制器112通过切换字线来切换滤波器。

为了增进辨识程序的能源效率，本专利提出了字线先导方案及串列选择线群组先导方案。在字线先导方案及串列选择线群组先导方案中，已进行预充电的字线/串列选择线群组/接地选择线可以被重复使用，使得时间与能源的耗费能够被摊平。

图3 3D NAND人工智能加速器的辨识方法流程图

在此以字线先导方案为例，参照图3，其绘示字线先导方案的3D NAND人工智能加速器100的辨识方法的流程图。首先在步骤S110中，图样信号输入至位线。接着在步骤S120中，通过切换字线以切换滤波器。其中步骤S121会判断是否有下一字线，若有则进入步骤S122，并进行切换。接着，在切换至此字线的情况下，步骤S110重复再执行一次。在步骤S130中，切换串列选择线群组（SSLG1、SSLG2等）以切换滤波器。同样也会判断是否有下一串列选择线群组，并重复执行步骤S110。也就是说，在字线先导方案中，每当字线切换一次，图样信号输入循环就执行一次；每当串列选择线群组切换一次，字线切换循环就执行一次。

简而言之，旺宏的3D NAND专利，通过采用共享字线/串列选择线群组/接地选择线的设计，使得时间与能源的耗费能够被摊平。

旺宏成立于1989年，其凭借精湛的技术、最高品质的服务立志成为半导体产业的领先供应商，为用户提供更多满意的优质产品。同时旺宏特别注重技术研发，其技术论文持续入选IEDM、ISSCC等多项国际学术会议。希望未来旺宏可以为我们带来更多3D NAND的新突破。

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（校对/赵月）