Samsung anuncia la primera computación in-memory basada en MRAM del mundo

Samsung Memoria
(De izquierda a derecha) Dr. Donhee Ham, miembro de SAIT y profesor de la Universidad de Harvard, Dr. Seungchul Jung, investigador de SAIT y Dr. Sang Joon Kim, Vicepresidente de Tecnología de SAIT

Samsung Electronics, líder mundial en tecnología de semiconductores avanzados, ha anunciado su demostración de la primera computación en memoria del mundo basada en MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory).

El paper sobre esta innovación fue publicado en línea por Nature el 12 de enero (GMT), y está previsto que se publique en la próxima edición impresa de Nature.

Bajo el título «A crossbar array of magnetoresistive memory devices for in-memory computing», este artículo muestra el liderazgo de Samsung en tecnología de memoria y su esfuerzo por fusionar la memoria y los semiconductores de sistema para los chips de inteligencia artificial (IA) de próxima generación.

La investigación fue dirigida por el Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) en estrecha colaboración con el Samsung Electronics Foundry Business y el Semiconductor R&D Center. El primer autor del artículo, el Dr. Seungchul Jung, investigador en plantilla del SAIT, y los coautores, el Dr. Donhee Ham, becario del SAIT y profesor de la Universidad de Harvard, y el Dr. Sang Joon Kim, vicepresidente de Tecnología del SAIT, encabezaron la investigación.

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En la arquitectura informática estándar, los datos se almacenan en chips de memoria y la computación de datos se ejecuta en chips de procesador separados.

En cambio, la computación en memoria es un nuevo paradigma informático que pretende realizar tanto el almacenamiento como la computación de datos en una red de memoria. Como este esquema puede procesar una gran cantidad de datos almacenados dentro de la propia red de memoria sin tener que mover los datos, y también porque el procesamiento de datos en la red de memoria se ejecuta de forma altamente paralela, el consumo de energía se reduce sustancialmente.

Así pues, la computación en memoria ha surgido como una de las tecnologías prometedoras para realizar chips semiconductores de IA de bajo consumo de la próxima generación.

Por este motivo, la investigación sobre la computación en memoria ha sido muy intensa en todo el mundo. Las memorias no volátiles, en particular las RRAM (Resistive Random Access Memory) y las PRAM (Phase-change Random Access Memory), se han utilizado activamente para demostrar la computación en memoria. En cambio, hasta ahora ha sido difícil utilizar la MRAM -otro tipo de memoria no volátil- para la informática en memoria, a pesar de las ventajas de la MRAM, como la velocidad de funcionamiento, la resistencia y la producción a gran escala.

Esta dificultad se debe a la baja resistencia de la MRAM, por lo que ésta no puede disfrutar de la ventaja de la reducción de energía cuando se utiliza en la arquitectura de computación en memoria estándar.

Los investigadores de Samsung Electronics han aportado una solución a este problema mediante una innovación arquitectónica. Concretamente, han conseguido desarrollar un chip de matriz MRAM que demuestra la computación en memoria, sustituyendo la arquitectura estándar de computación en memoria de «suma de corrientes» por una nueva arquitectura de computación en memoria de «suma de resistencias», que resuelve el problema de las pequeñas resistencias de los dispositivos MRAM individuales.

la computación en memoria es un nuevo paradigma informático

Posteriormente, el equipo de investigación de Samsung probó el rendimiento de este chip de computación en memoria MRAM haciéndolo funcionar para realizar cálculos de IA. El chip alcanzó una precisión del 98% en la clasificación de dígitos escritos a mano y una precisión del 93% en la detección de rostros a partir de escenas.

Al introducir la memoria MRAM (que ya se ha fabricado a escala comercial en el sistema de fabricación de semiconductores) en el ámbito de la computación en memoria, este trabajo amplía la frontera de las tecnologías de chip de IA de bajo consumo de la próxima generación.

Los investigadores también han sugerido que este nuevo chip MRAM no solo puede utilizarse para la computación en memoria, sino que también puede servir como plataforma para descargar redes neuronales biológicas. Esto va en la línea de la visión de la electrónica neuromórfica que los investigadores de Samsung expusieron recientemente en un artículo de perspectiva publicado en el número de septiembre de 2021 de la revista Nature Electronics.

«La computación en memoria se asemeja al cerebro en el sentido de que en él la computación también se produce dentro de la red de memorias biológicas, o sinapsis, los puntos en los que las neuronas se tocan entre sí», afirma el Dr. Seungchul Jung, primer autor del artículo. «De hecho, aunque la computación realizada por nuestra red MRAM por ahora tiene un propósito diferente al de la computación realizada por el cerebro, esta red de memoria de estado sólido puede utilizarse en el futuro como plataforma para imitar el cerebro modelando la conectividad de las sinapsis del cerebro».

Como se destaca en este trabajo, al aprovechar su tecnología de memoria líder y fusionarla con la tecnología de semiconductores de sistema, Samsung planea seguir ampliando su liderazgo en la computación de próxima generación y los semiconductores de IA.