SHF: Small: Efficient In-Memory Computing Architecture Based on RRAM Crossbar Arrays

SHF:小型:基于 RRAM Crossbar 阵列的高效内存计算架构

基本信息

  • 批准号:
    1617315
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-06-15 至 2019-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Conventional digital computers, with separate processor and memory, face increasing challenges in today?s ?big data? era as the constant movement of data between the processor and the memory causes significant delay and energy consumption. This problem, termed the ?von Neumann bottleneck?, affects performance for both complex tasks such as image and video processing as well as embedded applications such as distributed sensor networks where high speed and low power are critical. This project aims to develop a new computer architecture based on emerging resistive random access memory (RRAM) crossbar arrays, where the memory and logic functions exist at the same physical locations and computation is achieved in the physical memory by directly reading out stored outputs for a given operation. By leveraging the unique properties of emerging devices with a new computation architecture, this project will profoundly advance the frontier of nanoscale device and computer architecture research, and enable high-speed and low-power computation for applications ranging from servers to Internet of Things (IoTs). This program will have significant impact on the research community and the semiconductor industry, while providing interdisciplinary training of graduate and undergraduate students, and draw broad participation of students of different levels and backgrounds in collaborative research and education.This approach takes full advantage of the high-storage density, non-volatility, and random-access capabilities of RRAM arrays. RRAM devices operate based on the resistance change when the device is subjected to a programming or reset pulse. Consequently, the resistance not only stores information but also directly regulates information (i.e. current) flow in the circuit, thus implementing both memory and logic functions simultaneously. Previous studies on RRAM-based circuits focus on soft computing tasks where the environment and the tasks are complex but inaccuracies and approximations are tolerated. This project aims to develop a computing system that can perform accurate arithmetic operations efficiently using RRAM crossbar arrays. The system will be optimized for throughput and energy, and experimentally demonstrated using fabricated high-density RRAM arrays, along with the development of a toolset for design automation.
传统的数字计算机具有独立的处理器和存储器,在今天面临着越来越多的挑战。年代?大数据?当数据在处理器和存储器之间不断移动时,会导致显著的延迟和能耗。这个问题被称为?冯·诺伊曼瓶颈?,会影响图像和视频处理等复杂任务以及分布式传感器网络等嵌入式应用的性能,其中高速和低功耗至关重要。该项目旨在开发一种基于新兴的电阻随机存取存储器(RRAM)交叉棒阵列的新计算机体系结构,其中存储器和逻辑功能存在于相同的物理位置,并且通过直接读取给定操作的存储输出在物理存储器中实现计算。通过利用具有新计算架构的新兴设备的独特属性,该项目将深刻推进纳米级设备和计算机架构研究的前沿,并为从服务器到物联网(iot)的应用实现高速低功耗计算。该计划将对研究界和半导体行业产生重大影响,同时为研究生和本科生提供跨学科培训,并吸引不同水平和背景的学生广泛参与合作研究和教育。这种方法充分利用了RRAM阵列的高存储密度、非易失性和随机访问能力。当器件受到编程或复位脉冲时,RRAM器件基于电阻变化工作。因此,电阻不仅可以存储信息,还可以直接调节电路中的信息(即电流)流动,从而同时实现存储和逻辑功能。以往对基于随机存储器的电路的研究主要集中在软计算任务上,软计算任务的环境和任务是复杂的,但不精确和近似是可以容忍的。本项目旨在开发一种利用随机存取存储器横杆阵列高效执行精确算术运算的计算系统。该系统将针对吞吐量和能量进行优化,并使用制造的高密度RRAM阵列进行实验验证,同时开发用于设计自动化的工具集。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Wei Lu其他文献

A novel 3D-printed multi-driven system for large-scale neurophysiological recordings in multiple brain regions
一种新颖的 3D 打印多驱动系统,用于多个大脑区域的大规模神经生理学记录
  • DOI:
    10.1016/j.jneumeth.2021.109286
  • 发表时间:
    2021-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Tao Sheng;Danqin Xing;Yi Wu;Qiao Wang;Xiangyao Li;Wei Lu
  • 通讯作者:
    Wei Lu
Orthogonal manipulations of phase and phase dispersion in realization of azimuthal angle-resolved focusings
实现方位角分辨聚焦时相位和相位色散的正交操作
  • DOI:
    10.1364/oe.446962
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Feilong Yu;Zengyue Zhao;Jin Chen;Jiuxu Wang;Rong Jin;Jian Chen;Jian Wang;Guanhai Li;Xiaoshuang Chen;Wei Lu
  • 通讯作者:
    Wei Lu
General construction of revocable identity-based fully homomorphic signature
基于身份的可撤销全同态签名的一般构造
  • DOI:
    10.1007/s11432-018-9706-0
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Congge Xie;Jian Weng;Wei Lu;Lin Hou
  • 通讯作者:
    Lin Hou
Wind Turbine Pitch System Condition Monitoring and Fault Detection Based on Optimized Relevance Vector Machine Regression
基于优化相关向量机回归的风电机组变桨系统状态监测与故障检测
  • DOI:
    10.1109/tste.2019.2954834
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Wei Lu;Qian Zheng;Zareipour Hamidreza
  • 通讯作者:
    Zareipour Hamidreza
Synergistically Controlled Mechanism of Sodium Birnessite with a Larger Interlayer Distance for Fast Ion Intercalation toward Sodium-Ion Batteries
较大层距钠水钠锰矿快速离子嵌入钠离子电池的协同控制机制
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.0c10237
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Fanghui Zhao;Shuyi Zeng;Lianfeng Duan;Xueyu Zhang;Xuesong Li;Liying Wang;Xijia Yang;Wei Lu
  • 通讯作者:
    Wei Lu

Wei Lu的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Wei Lu', 18)}}的其他基金

PFI-TT: Development of Lithium Metal Battery with Enhanced Reliability
PFI-TT:开发可靠性增强的锂金属电池
  • 批准号:
    2140984
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
I-Corps: Dendrite-Suppressing Separator for Next Generation Lithium-ion Batteries
I-Corps:用于下一代锂离子电池的枝晶抑制分离器
  • 批准号:
    2030680
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Integrated memristor neural networks for in-situ analysis of intracellular neuronal recordings
合作研究:用于细胞内神经元记录原位分析的集成忆阻器神经网络
  • 批准号:
    1915550
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
FET: Medium: Memory Processing Unit (MPU) - An Efficient, Reconfigurable In-memory Computing Fabric
FET:介质:内存处理单元 (MPU) - 高效、可重新配置的内存计算结构
  • 批准号:
    1900675
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Design and growth of high entropy oxides with tailored ionic dynamics for memory and computing applications
为内存和计算应用设计和生长具有定制离子动力学的高熵氧化物
  • 批准号:
    1810119
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Atomic control of ionic processes in resistive memory devices
电阻存储器件中离子过程的原子控制
  • 批准号:
    1708700
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
I-Corps: Creating High Performance Electrodes for Li-ion Batteries
I-Corps:为锂离子电池制造高性能电极
  • 批准号:
    1358550
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
High-Performance Vertical Nanowire Heterojunction Transistors
高性能垂直纳米线异质结晶体管
  • 批准号:
    1202126
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Understanding, Development and Applications of Nanoscale Memristor Devices
职业:纳米级忆阻器器件的理解、开发和应用
  • 批准号:
    0954621
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Nanowire-Based High-Frequency, High-Q Electromechanical Resonators
基于纳米线的高频、高 Q 机电谐振器
  • 批准号:
    0804863
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

昼夜节律性small RNA在血斑形成时间推断中的法医学应用研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
tRNA-derived small RNA上调YBX1/CCL5通路参与硼替佐米诱导慢性疼痛的机制研究
  • 批准号:
    n/a
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
Small RNA调控I-F型CRISPR-Cas适应性免疫性的应答及分子机制
  • 批准号:
    32000033
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
Small RNAs调控解淀粉芽胞杆菌FZB42生防功能的机制研究
  • 批准号:
    31972324
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    58.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
变异链球菌small RNAs连接LuxS密度感应与生物膜形成的机制研究
  • 批准号:
    81900988
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
肠道细菌关键small RNAs在克罗恩病发生发展中的功能和作用机制
  • 批准号:
    31870821
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    56.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于small RNA 测序技术解析鸽分泌鸽乳的分子机制
  • 批准号:
    31802058
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    26.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
Small RNA介导的DNA甲基化调控的水稻草矮病毒致病机制
  • 批准号:
    31772128
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于small RNA-seq的针灸治疗桥本甲状腺炎的免疫调控机制研究
  • 批准号:
    81704176
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
水稻OsSGS3与OsHEN1调控small RNAs合成及其对抗病性的调节
  • 批准号:
    91640114
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    85.0 万元
  • 项目类别:
    重大研究计划

相似海外基金

Collaborative Research: SHF: Small: Efficient and Scalable Privacy-Preserving Neural Network Inference based on Ciphertext-Ciphertext Fully Homomorphic Encryption
合作研究:SHF:小型:基于密文-密文全同态加密的高效、可扩展的隐私保护神经网络推理
  • 批准号:
    2412357
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SHF: Small: Quasi Weightless Neural Networks for Energy-Efficient Machine Learning on the Edge
合作研究:SHF:小型:用于边缘节能机器学习的准失重神经网络
  • 批准号:
    2326895
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SHF: Small: Enabling Efficient 3D Perception: An Architecture-Algorithm Co-Design Approach
协作研究:SHF:小型:实现高效的 3D 感知:架构-算法协同设计方法
  • 批准号:
    2334624
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
SHF: Core: Small: Real-time and Energy-Efficient Machine Learning for Robotics Applications
SHF:核心:小型:用于机器人应用的实时且节能的机器学习
  • 批准号:
    2341183
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SHF: Small: Quasi Weightless Neural Networks for Energy-Efficient Machine Learning on the Edge
合作研究:SHF:小型:用于边缘节能机器学习的准失重神经网络
  • 批准号:
    2326894
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SHF: Small: Efficient and Scalable Privacy-Preserving Neural Network Inference based on Ciphertext-Ciphertext Fully Homomorphic Encryption
合作研究:SHF:小型:基于密文-密文全同态加密的高效、可扩展的隐私保护神经网络推理
  • 批准号:
    2243053
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SHF: Small: Efficient and Scalable Privacy-Preserving Neural Network Inference based on Ciphertext-Ciphertext Fully Homomorphic Encryption
合作研究:SHF:小型:基于密文-密文全同态加密的高效、可扩展的隐私保护神经网络推理
  • 批准号:
    2243052
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
SHF: Small: Efficient, Deterministic and Formally Certified Methods for Solving Low-dimensional Linear Programs with Floating-point Precision
SHF:小型:用于以浮点精度求解低维线性程序的高效、确定性且经过正式认证的方法
  • 批准号:
    2312220
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
SHF: Small: Rethinking Virtualization at the Edge to Support Highly-efficient and Low-power Applications
SHF:小型:重新思考边缘虚拟化以支持高效和低功耗应用
  • 批准号:
    2210744
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CCF: SHF: Small: Self-Adaptive Interference-Avoiding Wireless Receiver Hardware through Real-Time Learning-Based Automatic Optimization of Power-Efficient Integrated Circuits
CCF:SHF:小型:通过基于实时学习的高能效集成电路自动优化实现自适应干扰避免无线接收器硬件
  • 批准号:
    2218845
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了