展望移动设备的未来
06-06
瑞萨电子为下一代AI芯片提供全新计算与存储整合技术 处理性能达到8.8 TOPS/WAI加速器实现高速CNN处理日本东京 6 月 13 日消息——全球领先的半导体解决方案供应商瑞萨电子公司（TSE：）宣布推出一款新型 AI 加速器，可高速、低功耗地执行 CNN（卷积神经网络）处理能量消耗。
瑞萨电子下一代嵌入式人工智能 (e-AI) 正在不断向前发展，以加速端点设备的智能化。
采用该加速器的测试芯片可实现8.8 TOPS/W（注1）的效率，达到业界最高水平。
瑞萨电子加速器基于计算集成内存 (PIM) 架构，该架构在读取内存数据时在内存电路中执行乘法和累加运算。
为了打造全新的人工智能加速器，瑞萨推出了以下三项技术。
一是可以进行大规模CNN计算的三元（-1,0,1）SRAM结构PIM技术。
二是与比较器配合使用的SRAM电路，可以低功耗读取存储器数据。
第三，可以防止制造过程中因工艺变更而引起的计算误差。
结合上述技术不仅可以缩短深度学习处理中的内存访问时间，还可以降低乘法和累加运算所需的功耗。
结果，在手写字符识别测试（MNIST）评估中，新加速器达到了业界最高的能效等级，同时保持了99%以上的准确率。
瑞萨电子在6月13日于日本京都举行的年度“超大规模集成电路和电路技术研讨会（6月9-14日）”上展示了相关测试结果。
瑞萨电子还展示了基于原型AI模块的实时图像识别技术，其中测试在演示过程中，该芯片由小型电池供电，并连接到微控制器、相机、其他外围设备和开发工具。
由于二进制(0,1) SRAM结构只能处理值为0或1的数据，因此PIM架构无法通过单位计算获得大规模CNN运算的足够精度。
此外，制造过程中的工艺变化使这些操作不太可靠。
瑞萨电子开发了克服这些问题的技术，并将其应用到下一代 e-AI 解决方案中，作为实现未来革命性 AI 芯片的尖端技术，例如可穿戴设备以及对性能和功效有高要求的设备。
机器人等 下一代AI芯片技术主要特点： 三进制（-1,0,1）SRAM结构 可根据所需精度调整计算位数的PIM技术 三进制（-1,0,1）SRAM结构采用的PIM技术三进制存储器和简单的数字计算块的结合，保证了硬件数量增加的同时将计算误差降到最低。
同时允许根据需要的精度切换位数（例如在1.5位（三进制）和4位计算之间）。
它可以根据不同的用户需求支持不同的精度和计算规模，用户可以优化精度和功耗之间的平衡。
一种结合比较器和复制单元的高精度/低功耗存储器数据读取电路，在使用PIM架构时通过检测SRAM结构中的位线电流值来读取存储器数据。
虽然使用A/D转换器进行高精度位线电流感测是有效的，但这种方法消耗高功率并且需要大的芯片面积。
因此，瑞萨通过将比较器（1位读出放大器）与复制单元相结合，开发了高精度存储器数据读取电路，以便于灵活控制电流。
另外，由于神经网络运算的激活节点（神经元）数量很少（约1%），因此读出电路通过关闭非活动节点（神经元）来实现较低的运算功耗。
规避技术，消除制造过程中因工艺变更而产生的计算误差。
制造过程中的工艺变化导致SRAM结构中的位线电流值出现错误，从而导致存储器读取数据时出现错误。
为了解决这个问题，瑞萨在芯片内部覆盖了多个SRAM计算电路模块，由制造工艺变化最小的模块来执行计算任务。
由于有源节点仅占所有节点的一小部分，因此有选择地将有源节点分配给制造工艺变化最小的SRAM计算电路模块来执行计算。
这将计算误差降低到几乎可以忽略不计的水平。
自2016年推出嵌入式AI（e-AI）概念以来，瑞萨电子一直致力于多种e-AI解决方案的研发。
瑞萨电子根据 e-AI 的有效性和实施的应用来定义“类别”，并根据以下四个类别开发 e-AI 解决方案： l 第 1 类：确定信号波形数据的正确性或异常。
l 类别2（GOPS/W级别）：通过实时图像处理判断正确或异常。
l Category 3（1TOPS/W级别）：实时识别。
l 类别4（10TOPS/W级别）：在端点启用增量学习。
瑞萨电子于2018年推出了e-AI开发环境，并于2008年发布了RZ/A2M微处理器。
该微处理器集成了瑞萨电子独特的DRP技术，为Type 2应用提供解决方案。
同时，为了实现Category 3应用，瑞萨进一步提高了DRP技术的计算性能。
现在，瑞萨电子正在这一发展的基础上推出新的尖端技术。
新的加速器技术，结合低功耗和提高的计算性能，可能成为实现Category 4应用的关键技术之一。
瑞萨电子致力于通过在物联网边缘和端点利用人工智能技术来增强智能，为实现智能社会做出贡献。
注（注 1） TOPS/W：每瓦每秒数万亿次操作。
这个单位代表在1瓦的功率下1秒内可以执行的操作次数； 8.8 TOPS/W 的性能相当于使用 1 瓦功率在 1 秒内进行 8.8×10^12 次计算。
关于瑞萨电子公司 瑞萨电子公司（TSE：）提供专业且值得信赖的创新嵌入式设计和完整的半导体解决方案，通过使用其产品的数十亿联网智能设备来改善人们的工作和生活。
生活方式。
作为全球领先的微控制器供应商以及模拟功率器件和 SoC 产品的领导者，瑞萨电子为汽车、工业、家庭、办公自动化、信息和通信技术等各种应用提供全面的解决方案。
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