中科院微电子所在基于IGZO和CMOS的可重构混合电路架构上取得进展

当前，人工智能（AI）算法发展逐渐多样化，包括深度神经网络，Transformer，推荐系统和图卷积网络等。在AI算法中，乘加运算和内容搜索是其中的两种主要操作。在电路架构方面，存内计算（CIM）和内容可寻址存储器（CAM）分别可有效执行乘加运算和内容搜索操作。但目前基于SRAM/RRAM等器件实现CIM/CAM的硬件架构仍存在一些局限，现有架构难以满足多种算法对CIM/CAM操作的不同需求。

针对以上挑战，中科院微电子所集成电路制造技术重点实验室刘明院士/李泠研究员团队提出了一种基于铟钾锌氧化物（IGZO）晶体管和CMOS混合集成的CIM/CAM可重构电路架构IG-CRM。本工作基于IGZO器件的超低漏电、长保持时间、后道工艺兼容且支持三维（3D）堆叠等优势，提出了4T0C和3T0C两种存算单元电路、IGZO/CMOS 3D混合加法器树、四种针对不同CIM/CAM需求的宏单元设计和可重构CIM/CAM架构。本工作相比CPU和GPU在速度和能效上分别有1.53×10³倍/51.9倍和1.63×10⁴倍/7.62×10³倍的提升。

上述研究成果以题为“IG-CRM: Area/Energy-Efficient IGZO-Based Circuits and Architecture Design for Reconfigurable CIM/CAM Applications”入选2024年DAC会议，微电子所博士生郭泽钰为第一作者，微电子所岳金山助理研究员和李泠研究员为通讯作者。

图1：基于IGZO的4T0C（左）/3T0C（右）存算单元电路

图2：可重构IG-CRM整体架构图