未来计算的革命：探索存算一体芯片的潜力与挑战

前言

本文学习自：存算一体芯片深度产业报告——作者：量子位

报告链接：存算一体是啥新趋势？值得教授学者纷纷下海造芯 | 附报告下载 - 知乎 (zhihu.com)，侵删！

存算一体技术概述

“存算一体”技术的起因在于传统冯诺依曼架构芯片无法满足不断提升的算力与低功耗需求。随着晶体管的体积越来越小，摩尔定律逐渐失效（会引发量子隧穿等反应），导致存储器与处理器之间的数据传输成为 CPU 性能的瓶颈，相对较长时间的数据搬运导致算力受限。

为了解决这个问题，我们需要新的芯片架构。主要有三种解决方式：

1. 近存计算：缩短处理器芯片与存储器芯片的距离，减少数据搬运损耗。
2. 内存储计算：处理器和存储器位于同一芯片的不同电路单元中。
3. 内存执行计算：通过在存储器颗粒上嵌入算法，由存储器芯片内部的存储单元完成计算操作。

产业分析

存算一体芯片落地的优势在于在算力提高的同时，芯片体积的减小和数据传输功耗的减少，使得芯片良率、成本、功耗等都有所改善。然而，实际应用的挑战主要在于评估市场需求和客户转换成本。重要的考量是，大规模采用新型芯片是否能够在成本和能耗方面带来足够的改进，以证明其经济效益；新架构芯片的先进生产工艺制造能力；客户对低功耗和高算力的需求；以及封装、测试、工具链、EDA 等相辅相成的产业链生态仍缺乏相应的研发公司。

当下大多数初创公司的思路是先聚焦特定场景，在垂直领域内站稳脚跟后技术外溢到更丰富的应用场景。主要的应用场景包括小算力低功耗场景（知存科技、九天睿芯和闪易半导体等）和大算力场景（千芯科技，后摩智能等）。

目前已知的商业模式主要分为三种：IP授权，定制/联合开发以及自主SoC芯片。

当前国内外存算一体技术发展特征如下：

• 成立时间不同会影响技术路线选择，国内外实现产品化的公司数量不多，离规模化还有一定距离
• 技术路线：大公司选择最容易落地的，初创公司在确保技术先进性基础上选择最容易落地的
• 国外已形成完整的自研技术链，大规模量产上国内外均未实现突破
• 不同的业务场景均已呈现出各自的优势，在商业模式上国内外都处在探索阶段
• 虽然业内尚未形成完整的生态，产业链部分环节已经出现针对存算一体进行技术研发的公司

未来展望

为了推动存算一体技术的未来发展，重点应放在解决关键技术难题上，并且寻找适合快速应用推广的场景。随着新型存储器技术，尤其是RRAM和MRAM的不断进步，预计将大幅推进存算一体架构的发展。这些技术的应用，尤其是在终端推理和物联网领域，预示着存算一体技术将在这些领域发挥重要作用。为了实现从初步商业化到大规模商业化的转变，技术创新与产业发展必须紧密协同，共同推动这一技术的成熟和应用普及。

个人感悟

作为一名物联网工程专业的大学生，深入了解存算一体技术让我领略了科技创新的魅力及其在未来应用的广阔前景。虽然我尚缺乏商业模式和产品上市的实践经验，但这次学习经历让我认识到理论与实践结合的重要性，以及跨学科知识对于技术创新的贡献。

通过研究这一技术，我明白了在物联网设备设计中，如何有效融合硬件和软件来提高性能同时降低能耗的重要性。这一认识不仅提升了我的专业技能，也激发了我对如何将技术创新转化为实际应用的深入思考。

此外，我也看到了自己在商业知识和市场分析方面的不足，这提示我在未来的学习中需更多关注这些领域。我期待将这次学习的感悟转化为动力，在未来的学习和工作中不断探索、学习和创新，为智能化世界贡献我的力量。