PABLO：一种适用于DRAM中批量位逻辑运算的、具有变体鲁棒性的PIM架构

《IEEE Transactions on Emerging Topics in Computing》：PABLO: A Variation-Robust PIM Architecture for Bulk Bitwise Logical Operations in DRAM

批量位逻辑操作在传统冯·诺依曼架构中受内存墙问题影响显著，导致性能与能效下降。现有半数字PIM技术存在工艺偏差引起的计算误差问题。本文提出基于DRAM的PABLO架构，通过集成常规本地灵敏放大器实现低开销批量位运算，在保持DRAM原有功能的同时显著提升容错能力。仿真和评估表明PABLO较现有方案性能提升达3.97倍，能耗降低3.87倍。

　　

摘要：

处理单元与DRAM之间的大量数据传输会对系统处理大规模位逻辑运算（BLOs）的性能和能效产生负面影响。研究人员通过采用内存中处理（PIM）技术来解决这一问题，即在DRAM中直接执行大规模位逻辑运算。在现有的技术中，半数字PIM通过利用DRAM核心电路来支持大规模位逻辑运算，由于其相对较小的面积开销而成为最可行的设计方案之一。然而，我们的研究表明，最先进的半数字PIM仍存在因工艺差异导致的计算错误问题。本文提出了一种基于DRAM的新型PIM架构PABLO，以应对这一挑战。其主要创新在于开发了一种与传统的局部感应放大器集成的通用位运算单元，能够在对商用DRAM进行最小化修改的情况下实现大规模位逻辑运算。因此，该设计能够在几乎不影响传统DRAM核心运算的情况下简化位逻辑运算过程。通过蒙特卡洛仿真，我们全面证明了PABLO相较于现有半数字PIM具有更强的工艺变化容忍能力。此外，评估结果显示，PABLO的运算速度提升了约3.97倍，能耗降低了约3.87倍。

引言

在数据库（位图索引）等众多领域中，对大型位向量进行大规模位逻辑运算（BLOs）变得至关重要。然而，传统的冯·诺伊曼架构由于处理单元与DRAM之间在处理大规模位逻辑运算时存在大量数据传输，导致性能和能效下降。