Speicher für Edge AI SRAM-Spannungsgrenze von 0,5 V geknackt

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Die PowerMiser-Plus-Serie von Surecore kommt mit minimal 0,45 V Betriebsspannung aus. Damit empfiehlt sich der Speicher für den Einsatz in batteriebetriebenen Kleingeräten, etwa für stromkritische Edge-AI-Anwendungen.

Für batteriebetriebene Kleingeräte ist ein niedriger Stromverbrauch essenziell. Das ist gerade bei Edge-AI-Anwendungen schwierig: Sie müssen eine erhebliche Rechenleistung für Inferenzaufgaben bereitstellen, sollen aber gleichzeitig eine akzeptable Batterielebensdauer erreichen. Hier setzt der britische IP-Entwickler Surecore an: Der Low-Power-Spezialist hat eine Reihe von Ultra-Low-Voltage-SRAM-Lösungen mit der Bezeichnung PowerMiser Plus entwickelt, die mit einer Spannung von nur 0,45 V betrieben werden können. Dies ermöglicht einfachere Schaltungsdesigns. Da sowohl die Logik- als auch die Speicherschnittstelle mit denselben Spannungen betrieben werden können, lassen sich beide gleichzeitig anpassen, um die Leistung und damit den Stromverbrauch je nach Bedarf der Anwendung zu erhöhen oder zu senken.

Nach eigenen Angaben hat Surecore PowerMiser Plus bereits an zwei Kunden im Bereich der Edge-AI lizenziert. Für einen Kunden hat Surecore die PowerMiser Plus-Architektur auf einen 12-nm-Prozess portiert, der mit einer Logik von 0,45 V arbeitet und mit bis zu 400 MHz taktet. Der SoC verfügt über einen On-Chip-LDO (Low-Dropout-Regler), der sowohl die Logikversorgung als auch eine 0,65-V-Versorgung für die SRAM-Speicherarrays erzeugt. Dies stellt sicher, dass sich beide Spannungen bei Änderungen der Betriebsspannung auf Systemebene gleichmäßig innerhalb einer vordefinierten Spanne anpassen. Auf stromhungrige Level-Shifter innerhalb des SRAM konnte so verzichtet und der Stromverbrauch optimiert werden.

Betrieb mit 0,5 V verlängert Batterielebensdauer

Für einen weiteren Edge-AI-Kunden hat Surecore nach eigenen Angaben die PowerMiser Plus-Architektur optimiert, um eine Lösung mit extrem niedriger Spannung und einem einzigen Anschluss zu schaffen, die das niedrige Spannungsprofil der Hochstrom-Bitzelle der gewählten Chipfabrik nutzt. Während der Speicher bei 0,6 V Nennspannung und mit bis zu 400 MHz arbeitet, ist er auch für den Betrieb bei 0,5 V charakterisiert, was die Batterielebensdauer erheblich verlängert.

Paul Wells, Gründer und CEO von Surecore, erklärt: „Immer mehr Kunden reagieren auf den Druck des Marktes, längere Akkulaufzeiten zu erreichen. Dabei können sie den erheblichen Stromverbrauch ihres eingebetteten SRAMs nicht länger ignorieren. Dies gilt insbesondere für den Bereich der Edge-AI, wo Inferenzberechnungen eine hohe SRAM-Nutzung erfordern.“ Der Schlüssel zu den geforderten Energieeinsparungen liege in der Umstellung auf eine niedrigere Betriebsspannung – was zumindest für die Logik möglich sei, ohne die Performance einzuschränken. Beim Speicher sehe dies allerdings anders aus. Erst mit der eigenen, patentierten Stromspartechnologie sei es möglich gewesen, eine SRAM-Architektur zu entwickeln, die auch bei Spannungen um 0,5 V noch stabil arbeitet.

Bauteilparameter gezielt an die Applikationsanforderungen anpassen

Stromeinsparungen können sowohl bei nominalen Betriebsspannungen als auch – und das wird immer wichtiger – bei niedrigen Spannungen bis nahe an den Schwellenwert realisiert werden, so dass die Anwendungsentwickler das Stromprofil an die Leistungsanforderungen ihrer Applikation anpassen können. Für derartige Optimierungen unterhält Surecore seinen Speicherentwicklungsdienstes sureFIT. Dieser können gezielt Speichersubsystemlösungen mit bestimmten Vorgaben für Leistungsaufnahme, Performance und Größe (Power, Performance und Area, PPA) entwerfen. „Eine maßgeschneiderte Lösung ist meist die optimale Lösung für die Zielanwendung“, sagt Wells.

Surecore hat darüber hinaus auch energieoptimierte Standardprodukte im Programm, etwa Everon, PowerMiser und MiniMiser. Surecore-Speicher bieten Single-Rail-Niederspannungsbetrieb und ermöglichen so den direkten Anschluss von Logik und erleichtern die Designüberlegungen auf Systemebene erheblich. (me)

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