Facebook及三星参加IEEE IEDM大会，探讨内存及AR应用

编译/VR陀螺

近日，2021年的IEEE IEDM大会在美国旧金山如期举办，在会上，来自Facebook Reality Labs研究部的Michael Abrash发表了题为'创造未来：增强现实，下一个人机界面'的全体演讲。他探讨了虚拟现实和增强现实（可统称为XR）的发展，以及能够实现未来更多沉浸式体验和用AR眼镜等可穿戴技术取代智能手机等设备的发展。

使这样的设备成为可能将需要新的传感器技术、软件（包括绘制和理解真实世界的方法，其中包括个人背景信息，以及与这个绘制的表征世界的历史交互），以及具有低功耗处理能力的电子器件的新封装方式。

如下图所示，这些低功耗和小型化封装将需要在硬件和软件设计、异质封装集成和小型化方面进行创新。请特别注意在小型化领域中硬件-软件（HW-SW）协同设计和 eNVM 下提到的以内存为中心的计算，这些技术将使舒适、有用的AR/VR设备成为可能。

图源：Facebook

Abrash提到可能使用自旋电子学、二维材料、碳纳米管（CNRTs）、功能互连、柔性和超材料来实现更高的系统性能、更低的单位功率密度和更小的物理体积，以实现这些可穿戴的未来设备。

他还提到需要开发新的架构和面向领域的加速器，以支持机器学习（ML）以及特定的应用，如虚拟化身追踪和重建、音频、眼睛追踪和用户手臂上带有可穿戴传感器的肌电图设备。在模型压缩、低精度计算和平台感知设计优化方面将需要算法优化。

目前的AR/VR计算系统在数据传输和内存访问方面消耗了大量的能量。为了解决这些瓶颈问题，将需要传感器上的计算和以内存为中心的计算方法，如内存中计算。此外，存储器逻辑、传感器逻辑和显示器之间更紧密的物理耦合可以帮助减少数据移动。他还提到了使用嵌入式非易失性存储器的重要性，如自旋转矩磁性随机存取存储器（STT-MRAM）在实现功率和面积优化方面将非常重要，因为这些存储器的密度比SRAM高，而且是非易失性的，允许更多的低功率状态。

Abrash谈到了图像传感器的进展，包括在传感器上的ML计算架构中使用混合内存层次（包括SRAM和eNVM，如MRAM），以实现更高的密度和更低的功率。3DIC技术，如三层堆叠、通硅孔（TSV）和晶圆级混合粘结，将实现这种异质单片集成。下图显示了一个具有各种功能的AR/VR分布式多摄像头计算系统，包括使用混合存储器系统。该图还表明了各种计算/通信路径的能源和通信要求。

图源：Facebook

在会上，来自三星电子的Kinam Kim概述了半导体产品的发展预期，包括DRAM和NAND闪存。下图显示了他对DRAM发展的预测，包括单元晶体管结构的变化、单元电容和最终的3D DRAM堆叠。

图源：三星

三星电子最近推出了几种新的DRAM架构，以解决增加的内存需求，支持机器学习工作流程，其中包括HBM-PIM（基于内存中处理的高带宽内存）、AX-DIMM（加速DIMM），以及CXL（计算快速链路）的DRAM。HBM-PIM可将系统性能提升2.5 倍，同时降低70%的功耗。

AX-DIMM可以通过最小化CPU和DRAM之间的数据流量来提高AI加速器系统的能源效率。最后，CXL-DRAM可以通过提供Tera-bits（Tb）范围内的内存容量，大幅降低系统延迟，加速处理数据中心的HPC工作负载。

下图显示了三星对NAND闪存的预测。

图源：三星

Kim说，目前NAND闪存的位密度约为10Gb/mm2，堆叠的层数增加到170。 三星电子预计，通过下一代工艺和新型材料的创新，可以实现超过1000个堆叠层的V-NAND的成本效益制造。对于下一代V-NAND，HARC（高长宽比接触）蚀刻工艺和VNAND架构中的单元电流至关重要。堆栈高度将通过多堆栈来解决，并且需要新的工艺和材料来改善NAND闪存信号，使堆栈单元更小。

下图显示了三星对多比特单元、新材料和架构以及更好的单元控制方面的发展预测。

图源：三星

控制电路的创新，将最大限度地减少Vt扩散，以及电荷陷阱层的新型材料，这是关键的创新。为了满足I/O带宽的要求（预计每三年翻一番），需要加大努力解决热效应。例如，晶圆键合工艺可以将存储单元和外围晶体管的工艺热预算解耦，这是实现这一目标的一种方法。

总体来看，在2021年的IEEE IEDM上，三星公司谈到了2030年之前DRAM和NAND技术的预期发展，以实现先进的电子产品。Facebook则谈到了一些要求，包括内存计算和新兴的存储器，如MRAM，以实现未来舒适的可穿戴AR/VR设备，这将为人们带来新的工作方式，并与其他人以及我们周围的世界互动。