MIMEC

Memristive In-Memory-Computing: Strahlungsharte Speicher für Computer im All

Partner

Prof. Dietmar Fey

Nr.: FE 412/11-1

Department Informatik, Universität Erlangen

Prof. Amelie Hagelauer

Nr.: HA 7772/3-1

Lehrst. f. Mikro- und Nanosystemtechnik, Technische Universität München

Dr.-Ing. Marc Reichenbach

Nr.: RE 4182/2-1

Fachbereich Technische Informatik, Brandenburgisch-Technische Universität, Cottbus-Senftenberg

Prof. Christian Wenger

Nr.: WE 3594/19-1

IHP GmbH, Frankfurt/Oder

Outcome

Comparative Analysis and Optimization of the SystemC-AMS Analog Simulation Efficiency of Resistive Crossbar Arrays

T. Rizzi, E. Pérez-Bosch Quesada, Ch. Wenger, C. Zambelli, D. Bertozzi

36th Conference on Design of Circuits and Integrated Systems (DCIS 2021), Vila do Conde, November 24 - 26, 2021, Portugal

DOI: 10.1109/DCIS53048.2021.9666193

Mitigating the Effects of RRAM Process Variation on the Accuracy of Artifical Neural Networks

Fritscher, J. Knödtel, M. Mallah, S. Pechmann, E. Perez-Bosch Quesada, T. Rizzi, Ch. Wenger, M. Reichenbach

21st International Conference on Embedded Computer Systems: Architectures, Modeling and Simulation (SAMOS 2021), Pythagorion, July 04 - 08, 2021, Greece

Brain-based Inspiration: Towards Neuromorphic Computing with Memristive Devices

Ch. Wenger, M.K. Mahadevaiah, T. Rizzi, E. Perez-Bosch Quesada, E. Perez

10th International IEEE/EMBS Conference on Neural Engineering (NER 2021), online, May 04 - 06, 2021, Germany

Projektbeschreibung

Mikroelektronische Schaltungen, die in Raumfahrtanwendungen eingesetzt werden, müssen widerstandsfähig gegen Strahlungseinflüsse sein. Das Konzept des Internet-of-Space (IoS) wird zukünftig den Internetzugang in ländlichen Regionen unterstützen. Um dieses Konzept zu realisieren, ist es entscheidend, strahlungsharte Elektronikchips in die Umlaufbahn zu bringen, wo sie zuverlässig arbeiten müssen.

Memristive Bauelemente eignen sich für solche Aufgaben, da die elektrischen Schalteigenschaften auf Ionen statt auf Elektronen basieren. Neben ihren Schalteigenschaften in Bezug auf die Strahlungshärte sind RRAMs auch nichtflüchtige Speicher (NVM). Um die höchste Zuverlässigkeit der verwendeten CMOS-Elektronik im Weltraum oder in anderen mit terrestrischer Strahlung kontaminierten Umgebungen zu erreichen, ist es empfehlenswert, den Inhalt des gesamten Computersystems in einem sicheren Backup-Speicher zu speichern. Für diese Art von Backup-System sind RRAMs aufgrund ihrer Strahlungshärte und der Nichtflüchtigkeit der in den Speicherzellen gespeicherten Daten im Falle eines Stromausfalls hilfreich. Nichtflüchtige Speicherprozessoren, bestehend aus RRAMs, sind deshalb für IoS-Anwendungen attraktiv.

In diesem Projekt wollen wir einen Schritt weiter gehen und einen Teil der Verarbeitungslast in den RRAM-Speicher im Sinne eines In-Memory-Computing-Konzepts verschieben. Die In-Memory-Operationen werden in den strahlungsharten Sense-Verstärkern eines RRAM-Arrays durch Signalauswertung und direkte Integration von memristiven RRAM-Zellen in einem Schritt durchgeführt. Um die Funktionalität der strahlungsharten Systemarchitektur zu überprüfen, setzen wir auf intensive Simulationsarbeit. In der Simulationsumgebung wird ein neues Modell für memristive Bauelemente zur Untersuchung der gesamten strahlungsharten Systemarchitektur unter Verwendung von In-Memory-Computing zur Fehlererkennung eingesetzt.

Der Schwerpunkt dieses Projektantrages liegt auf der Erforschung neuer technologischer Ideen. Der strahlungsharte Speicher-Ansatz mit einem neuen nichtflüchtigen Speicherkonzept, dem so genannten RRAM, ist der Kern dieses Ansatzes. Um dieses Ziel erfolgreich zu erreichen, setzen wir auf diesen hochinnovativen Technologieansatz, der neuartige Internet-of-Space-Anwendungen ermöglicht.