Fare calcoli dentro una memoria, Samsung ci riesce per la prima volta con una MRAM

Samsung ha dimostrato, per la prima volta al mondo, che è possibile svolgere calcoli all'interno di una MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory). Il cosiddetto "in-memory computing" è al centro di uno studio pubblicato su Nature intitolato "A crossbar array of magnetoresistive memory devices for in-memory computing", guidato dal Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) in stretta collaborazione con il Samsung Electronics Foundry Business e il Semiconductor R&D Center.

La novità cambia il modo in cui vediamo l'architettura di calcolo standard, dove i chip di memoria hanno la mera funzione di archiviazione dei dati (temporanea o duratura nel tempo), mentre dei processori separati (CPU, GPU, ecc.) prendono queste informazioni e le processano. L'in-memory computing prevede invece che la memoria abbia una doppia funzione, oltre a quella di archiviazione anche quella di calcolo.

(Da sinistra) Dr. Donhee Ham, Fellow del SAIT e professore della Harvard University, Dr. Seungchul Jung, Staff Researcher presso il SAIT e Dr. Sang Joon Kim, Vice President of Technology del SAIT

L'obiettivo è chiaro: processare i dati senza spostarli, in modo da farlo in modo rapido (l'elaborazione avviene in modo parallelo) e con consumi decisamente inferiori. "L'in-memory computing", spiega Samsung "è quindi una delle tecnologie promettenti che permetteranno di creare chip di intelligenza artificiale a bassa potenza di prossima generazione".

Finora molte ricerche sull'in-memory computing si erano concentrate su due tipi di soluzioni non volatili, RRAM (Resistive Random Access Memory) e PRAM (Phase-change Random Access Memory), in quanto nonostante la MRAM avesse indubbie qualità - velocità, resistenza e produzione su larga scala - evidenziava problemi legati alla bassa resistenza della memoria stessa.

A sinistra una scheda di prototipazione con regolatori di tensione, generatori di clock, una MCU e il chip MRAM. A destra uno scatto che mostra come la MCU comunichi con il PC via USB

I ricercatori di casa Samsung sono riusciti a superare quell'ostacolo mettendo a punto una MRAM "differente", composta da più layer (si parla di un array), in cui l'architettura di in-memory computing anziché essere basata sulla somma delle correnti è basata sulla somma delle resistenze, andando così a "risolvere il problema delle piccole resistenze dei singoli dispositivi MRAM".

L'azienda sudcoreana ha successivamente testato le prestazioni di questa MRAM con operazioni di intelligenza artificiale, rilevando una precisione del 98% nella classificazione delle cifre scritte a mano e una precisione del 93% nel rilevamento dei volti.

Non solo, i ricercatori ritengono che questo nuovo chip MRAM possa fungere anche da piattaforma per "scaricare" reti neuronali biologiche, una possibilità in linea con la visione dell'azienda in merito all'elettronica neuromorfica condivisa da Samsung lo scorso settembre. 

"L'elaborazione in memoria ha somiglianze con il cervello, nel senso che nel cervello il calcolo si verifica anche all'interno della rete di memorie biologiche, o sinapsi, i punti in cui i neuroni si toccano", ha affermato il dott. Seungchul Jung, il primo autore dell'articolo. "In effetti, mentre l'elaborazione eseguita dalla nostra rete MRAM per ora ha uno scopo diverso dal calcolo svolto dal cervello, tale rete di memoria a stato solido potrebbe essere usata in futuro come piattaforma per imitare il cervello modellando la connettività delle sinapsi".