編譯/VR陀螺

近日，2021年的IEEE IEDM大會在美國舊金山如期舉辦，在會上，來自Facebook Reality Labs研究部的Michael Abrash發(fā)表了題為"創(chuàng)造未來：增強現(xiàn)實，下一個人機界面"的全體演講。他探討了虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實（可統(tǒng)稱為XR）的發(fā)展，以及能夠?qū)崿F(xiàn)未來更多沉浸式體驗和用AR眼鏡等可穿戴技術(shù)取代智能手機等設(shè)備的發(fā)展。

使這樣的設(shè)備成為可能將需要新的傳感器技術(shù)、軟件（包括繪制和理解真實世界的方法，其中包括個人背景信息，以及與這個繪制的表征世界的歷史交互），以及具有低功耗處理能力的電子器件的新封裝方式。

如下圖所示，這些低功耗和小型化封裝將需要在硬件和軟件設(shè)計、異質(zhì)封裝集成和小型化方面進行創(chuàng)新。請?zhí)貏e注意在小型化領(lǐng)域中硬件-軟件（HW-SW）協(xié)同設(shè)計和 eNVM 下提到的以內(nèi)存為中心的計算，這些技術(shù)將使舒適、有用的AR/VR設(shè)備成為可能。

圖源：Facebook

Abrash提到可能使用自旋電子學(xué)、二維材料、碳納米管（CNRTs）、功能互連、柔性和超材料來實現(xiàn)更高的系統(tǒng)性能、更低的單位功率密度和更小的物理體積，以實現(xiàn)這些可穿戴的未來設(shè)備。

他還提到需要開發(fā)新的架構(gòu)和面向領(lǐng)域的加速器，以支持機器學(xué)習(xí)（ML）以及特定的應(yīng)用，如虛擬化身追蹤和重建、音頻、眼睛追蹤和用戶手臂上帶有可穿戴傳感器的肌電圖設(shè)備。在模型壓縮、低精度計算和平臺感知設(shè)計優(yōu)化方面將需要算法優(yōu)化。

目前的AR/VR計算系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸和內(nèi)存訪問方面消耗了大量的能量。為了解決這些瓶頸問題，將需要傳感器上的計算和以內(nèi)存為中心的計算方法，如內(nèi)存中計算。此外，存儲器邏輯、傳感器邏輯和顯示器之間更緊密的物理耦合可以幫助減少數(shù)據(jù)移動。他還提到了使用嵌入式非易失性存儲器的重要性，如自旋轉(zhuǎn)矩磁性隨機存取存儲器（STT-MRAM）在實現(xiàn)功率和面積優(yōu)化方面將非常重要，因為這些存儲器的密度比SRAM高，而且是非易失性的，允許更多的低功率狀態(tài)。

Abrash談到了圖像傳感器的進展，包括在傳感器上的ML計算架構(gòu)中使用混合內(nèi)存層次（包括SRAM和eNVM，如MRAM），以實現(xiàn)更高的密度和更低的功率。3DIC技術(shù)，如三層堆疊、通硅孔（TSV）和晶圓級混合粘結(jié)，將實現(xiàn)這種異質(zhì)單片集成。下圖顯示了一個具有各種功能的AR/VR分布式多攝像頭計算系統(tǒng)，包括使用混合存儲器系統(tǒng)。該圖還表明了各種計算/通信路徑的能源和通信要求。

圖源：Facebook

在會上，來自三星電子的Kinam Kim概述了半導(dǎo)體產(chǎn)品的發(fā)展預(yù)期，包括DRAM和NAND閃存。下圖顯示了他對DRAM發(fā)展的預(yù)測，包括單元晶體管結(jié)構(gòu)的變化、單元電容和最終的3D DRAM堆疊。

圖源：三星

三星電子最近推出了幾種新的DRAM架構(gòu)，以解決增加的內(nèi)存需求，支持機器學(xué)習(xí)工作流程，其中包括HBM-PIM（基于內(nèi)存中處理的高帶寬內(nèi)存）、AX-DIMM（加速DIMM），以及CXL（計算快速鏈路）的DRAM。HBM-PIM可將系統(tǒng)性能提升2.5 倍，同時降低70%的功耗。

AX-DIMM可以通過最小化CPU和DRAM之間的數(shù)據(jù)流量來提高AI加速器系統(tǒng)的能源效率。最后，CXL-DRAM可以通過提供Tera-bits（Tb）范圍內(nèi)的內(nèi)存容量，大幅降低系統(tǒng)延遲，加速處理數(shù)據(jù)中心的HPC工作負載。

下圖顯示了三星對NAND閃存的預(yù)測。

圖源：三星

Kim說，目前NAND閃存的位密度約為10Gb/mm2，堆疊的層數(shù)增加到170。 三星電子預(yù)計，通過下一代工藝和新型材料的創(chuàng)新，可以實現(xiàn)超過1000個堆疊層的V-NAND的成本效益制造。對于下一代V-NAND，HARC（高長寬比接觸）蝕刻工藝和VNAND架構(gòu)中的單元電流至關(guān)重要。堆棧高度將通過多堆棧來解決，并且需要新的工藝和材料來改善NAND閃存信號，使堆棧單元更小。

下圖顯示了三星對多比特單元、新材料和架構(gòu)以及更好的單元控制方面的發(fā)展預(yù)測。

圖源：三星

控制電路的創(chuàng)新，將最大限度地減少Vt擴散，以及電荷陷阱層的新型材料，這是關(guān)鍵的創(chuàng)新。為了滿足I/O帶寬的要求（預(yù)計每三年翻一番），需要加大努力解決熱效應(yīng)。例如，晶圓鍵合工藝可以將存儲單元和外圍晶體管的工藝熱預(yù)算解耦，這是實現(xiàn)這一目標的一種方法。

總體來看，在2021年的IEEE IEDM上，三星公司談到了2030年之前DRAM和NAND技術(shù)的預(yù)期發(fā)展，以實現(xiàn)先進的電子產(chǎn)品。Facebook則談到了一些要求，包括內(nèi)存計算和新興的存儲器，如MRAM，以實現(xiàn)未來舒適的可穿戴AR/VR設(shè)備，這將為人們帶來新的工作方式，并與其他人以及我們周圍的世界互動。

來源：forbes