一种基于斯格明子介质的高效内存计算框架

摘要

内存计算作为一种新兴的技术,支持数据在存储单元内就地处理,减少了数据的移动并增加了数据的并行处理,在一定程度上弥补了冯·诺伊曼架构的缺陷.和传统易失随机存储介质相比,赛道型内存(Racetrack Memory)具有密度大、非易失且静态功耗低等特点,支持高效的内存计算.为解决性能与功耗问题,本文提出了一种新型的基于斯格明子(Skyrmion)介质的非易失性内存计算框架.该框架采用斯格明子赛道内存(Skyrmion-based Racetrack Memory)作为存储单元,采用斯格明子逻辑门(Skyrmion-basedLogic Gate)构成的加法/乘法器组成计算单元,无须大量CMOS电路辅助,设计复杂度大大降低.同时,本文通过在电路级优化存储单元读写端口数目与在系统级改进内存地址映射方式,大幅提高该框架的运行效率.实验结果表明,相比基于磁畴壁的非易失性内存计算框架,本文提出的框架在运行时间上节省了48.1％,同时在能耗上节省了42.9％.