自研存算一体化芯片在路上

一、自研存算一体芯片在路上

华为在自主研发芯片方面的突破似乎已经产生了骨牌效应，美丽的国家不得不重新审视和调整策略。

近日，清华大学基于存算一体化计算范式，开发了世界上第一个全系统集成的忆阻器存算一体化芯片，支持高效电影学习（机器学习可以直接在硬件端完成），并在支持电影学习的忆阻器存算一体化芯片领域取得重大突破，有望促进人工智能、自动驾驶可穿戴设备等领域的发展。相关成果在最新一期《科学》中在线发表。

存算集成芯片，虽然这个词不新鲜，许多头制造商已经进入，但结果直接发表在科学杂志上，通常，机器学习相关内容发布在《Science》会是出圈的结果，至少可以用“很厉害”来形容。

三星和SK海力士恢复半导体设备的供应肯定是好的。从链条的角度来看，设备端是半导体产业链本地化的关键环节，开放可以为国内设备制造商提供更充分的准备时间。

二是存算一体化结构，从根本上解决能效墙和存储墙的问题

存储集成对应于传统的冯诺依曼架构，即现有的CPU架构，如图所示，存储和处理器分别完成计算和存储功能，随着计算需求的几何级别，存储和处理器性能剪刀差异将越来越大，形成低效的“存储墙”问题，中间处理时间往往是计算时间的数百倍。

存算一体化是与传统CPU架构相对应的新架构。核心概念是将计算和存储放在一起。存算一体化一般指存储计算（CIM），实际上有三种:近存计算（PNM），存内处理（PIM），存内计算（CIM）。

目前，大型工厂的产品和项目大多是近存计算，提高了效率，但能效墙和存储墙的问题并没有从根本上得到解决。

具体来说，清华大学开发的记忆阻器是通过交叉阵列获得与矩阵非常相似的结构，可以存储数据或计算。当需要存储时，记忆阻器本身就是一个存储器；当需要操作时，不需要将数据从存储器移动到计算器，因为记忆阻器可以直接使用欧姆定律进行乘法操作。

也就是说，实现原位计算是真正意义上的存算一体化。能效和效率将是指数级提升的突破。

三、盘点当前市场存算一体化技术路径

存算一体化技术的底层特征包括减少数据处理，将能耗降低到十分之一到百分之一，实现存储单元具有计算能力，相当于在不变面积的情况下大规模增加计算核心数量或改进过程代理，以及单个存储单元取代计算逻辑和寄存器。

这些底层特征共同实现了存算一体化技术的优势，使其成为具有巨大潜力的新型计算架构。

虽然学术界和行业界尚未就存算一体化技术的分类达成共识，但包括近内存计算在内的各种技术路径已经发展起来（NMC）、存储级内存（SCM）、近存储计算（NSC）和存内计算（IMC）等等。这些技术路径各有特点，适用于不同的应用场景。

目前，Flash、SRAM、成熟的存储介质，如DRAM，已广泛应用于存储一体化技术，同时ReRAM、MRAM等新型存储介质也在不断发展。

NorFlash是一种非易失性存储介质，但在工艺过程中存在明显的瓶颈，因此适用于小规模数据存储。

DRAM成本低，容量大，但速度慢，需要不断刷新以保持数据存储。

SRAM在速度和能效比方面具有优势，特别是在内存逻辑技术发展之后，具有高能效和高精度的特点。

HBM（高带宽内存）方案是一种典型的近存计算技术，可以解决存储分离引起的“存储墙”问题，包括存储单元的带宽问题和存储单元与计算单元之间键数据传输的能效问题。HBM方案中存储Die的垂直堆叠也增加了容量，因此HBM技术完美地满足了当前GPU对更多内存和更高带宽的刚性需求。

HBM结构：

2016年，加利福尼亚大学的研究小组提出了使用RRAM构建一个集成存算架构的深度学习神经网络。（PRIME）。与传统的冯诺伊曼架构方案相比，PRIME可以降低约20倍的功耗，提高约50倍的速度。

然而，RRAM虽然具有高速、结构简单的优点，但距离工艺成熟还需要2-5年，材料稳定性有待提高。

从长远来看，RRAM仍有望成为未来发展最快的新存储器，成为下一代的主流研究方向

四、梳理存算一体化市场格局

存算集成技术起源于国外，其工业化进程比中国早3-5年左右。由于存算集成技术的配套工具仍处于探索阶段，缺乏成熟的配套工具，基于存算集成技术的产品主要在短期内（约5年）大规模生产。

从存算一体化发展的角度来看，自2017年以来，英伟达、微软、三星等大型制造商提出了存算一体化原型，同年国内存算一体化芯片企业开始出现。

大型工厂对存算一体化结构的需求实用快捷，近存计算作为最接近项目实施的技术，已成为大型工厂的首选。特斯拉、三星、阿里巴巴等生态丰富的大型工厂，以及英特尔、IBM等传统芯片工厂，都在布局近存计算。

从方案实施的角度来看，英特尔选择了基于SRAM的可配置存储器，而三星则选择了在DRAM的DRISA架构上存算一体化解决方案。

国内初创企业专注于无需考虑先进工艺技术的存储计算。其中，知库科技、亿铸科技、智库科技、九天瑞芯等初创企业正在押注“存储”和“计算”更密切的存储集成技术路线。

亿铸科技、千芯科技、阿里达摩研究院等人工智能大计算场景，专注于大模型计算、自动驾驶等；闪易、新忆科技、苹芯科技、知存科技专注于物联网、可穿戴设备、智能家居等边缘小计算场景。

此外，恒硕股份、杭州柯林、中科微至、润鑫科技、罗普特等在媒体和技术上具有先发优势。

五、存算一体概念股清单:

1.核心算力概念:

1)海光信息，市值1897.8亿元，2023年股价上涨103.51%。世界上少数拥有通用智能芯片及其基本系统软件研发和产品化核心技术的企业之一

2)寒武纪-U，市值903.8亿，2023年股价上涨313.31%，是中国最具代表性的本土AI芯片制造商

3)景嘉微，市值579.4亿，2023年股价上涨133.28%，国内GPU龙头企业，新一代JM9系列有望开拓商业市场

4)浪潮信息，市值558.8亿，2023年股价上涨77.42%。浪潮信息是世界领先的新型IT基础设施产品、解决方案和服务提供商

5)龙芯中科，市值613.5亿元，2023年股价上涨79.05%，2K2000系列集成自主GPU

6)中国数字，市值209.1亿，2023年股价上涨42.43%，开创性地提出了“数云融合”战略和技术体系框架，重点关注云源、数字源、数云融合关键技术和信创产业的架构产品和服务能力

7)首都在线，市值89.5亿，2023年股价上涨97.02%，

8)扩息，市值187.9亿，2023年股价上涨125.64%，软硬一体化解决方案提供商领先

9)中科曙光，市值586.8亿，2023年股价上涨81.03%，亚洲最大的高性能计算机制造商是国内高性能计算领域的龙头企业

2.存储模块概念：

1)百维存储，市值324.0亿元，2023年股价上涨368.87%，专注于存储芯片的研发和密封制造。是国家高新技术企业，国家专业新小巨人企业。

2)德明利市值65.0亿元，2023年股价上涨52.85%，积极布局人机交互触控领域完成初步业务，完成自主研发的触控芯片投影

3)江波龙市值438.9亿元，2023年股价上涨80.23%，聚焦NAND Flash闪存应用和存储芯片定制，存储软硬件开发，在国内存储器中处于领先地位

3.存储其他相关概念:

1)恒烁股份，市值49.3亿元，2023年股价上涨57.06%，致力于CiNOR存算一体化终端推理AI芯片的开发

2)同有科技，市值56.2亿，2023年股价上涨69.44%，是中国第一家存储股。同有科技是业内为数不多的拥有100多项自主知识产权的专业存储厂商之一，也是国内完全拥有存储架构、存储管理软件和存储核心算法的自主研发企业。

3)易华录，市值304.1亿，2023年股价上涨123.76%，易华录数据要素先锋，其蓝光存储产品和“数据湖”优势明显

市值586.8亿元的中科曙光，2023年股价上涨81.03%，构建了完整的AI计算服务体系

四、存储芯片概念：

1)北京君正，市值544.1亿元，2023年股价上涨60.39%。多年来，在CPU技术、视频编解码技术、图像和声信号处理技术、SOC芯片技术、软件平台技术等领域形成了多项核心技术。

2)东芯股份，市值187.1亿，2023年股价上涨61.64%，独立知识产权，努力打造中国领先的存储设计企业

3)聚辰股份市值131.8亿元，2023年股价上涨7.72%。长期致力于为客户提供存储、模拟和混合信号集成电路产品，并提供应用解决方案和技术支持服务

4）兰起科技，市值866.8亿元，2023年股价飙升21.88%。兰起是世界上仅有的三家内存接口芯片供应商之一，是业内领先的集成电路设计公司

5)普冉股份市值95.9亿元，2023年股价上涨24.46%，国内低功耗SPI NOR Flash存储墙芯片和高可靠性IIC NOREPROM存储器芯片 Flash和EEPROM的主要供应商之一

6)赵毅创新，市值924.5亿元，2023年股价上涨35.26%。作为一家全球芯片设计公司，赵毅创新致力于存储器、控制器及周边产品的设计和研发。海涵财经