知存科技：超低功耗存算一体芯片适用于手表、耳机等可穿戴设备，年底小批量试产

2021年5月14日，第十一届松山湖中国IC创新高峰论坛盛大开幕。该论坛一直以“寻找中国最优秀的IC设计公司”作为自身驱动力，目前正值国内半导体行业蓬勃发展的关键时期，国内对于集成电路自强、自主的意愿强烈，松山湖论坛以市场需求出发，寻找市场中最需要的IC产品，实现“中国创芯”。
 

图：北京知存科技有限公司副总裁李想

 
北京知存科技有限公司副总裁李想本次带来的产品是面向可穿戴设备的超低功耗存算一体芯片WTM2101。这是一款超低功耗存算一体芯片，用于低功耗唤醒、识别、降噪等场景，重点面向TWS耳机、手表等智能可穿戴设备等领域。
 
北京知存科技成立于2017年，公司专注于存算一体芯片开发，自主开发的存算一体芯片量产测试流程，累计流片超过20次，截至目前，知存科技已完成3亿元产业资本领头的融资，包括中芯聚源、科讯创投、国投创业、飞图创投等。
 
知存科技2012年起开始存算一体研发，2016年完成国际首个Flash存内计算芯片验证，2019年底量产国际首歌存算一体芯片WTM1001，2021年Q3将推出第二款芯片，面向可穿戴领域的WTM2101，李想表示，该芯片集成32位RISC-V CPU，在性能等各个方面都有很大提升。
 
随着最近几年AI技术快速发展，大家对算力的要求越来越高，存储墙的问题也越发明显，针对这个问题，世界上有非常多的架构出现，去尝试解决处理存储墙的问题，存算一体是所有新型架构中最有效的一种。

据李想介绍，基于不同的存储介质，大家在做存算一体技术的时候会采用不同的技术方向，有些是忆阻器，有些公司是用SRAM、NORFLASH，知存科技使用的就是NORFLASH技术。
 

 
比如我们用的U盘都有一个NORFLASH芯片，里面有很多存储页，每个存储页都有数以亿计的存储单元，即晶体管，现在我们存储数据是利用这些CMOS晶体管的数字特性，那么存算一体就是在这个上面做一些改变，利用这些CMOS晶体管的模拟特性，通过控制栅极的阈值电压，把流过晶体管的电流放大，使实现单个存储单元可存储8bit数据，也可以使单个存储单元可完成8bit乘法和加法。
 

 
传统的冯诺依曼架构在工作的时候有一系列的数据搬运，这个过程能耗大概在60%-90%之间，能效的利用非常低，而存算一体极大的减少了数据搬运过程，它的实质是一个向量矩阵的乘法，通过前端的数模转换，把输入数据转换成电流的模拟信号，当信号进入矩阵的时候，在矩阵里每个单元存一个8bit的数，比如存入3，流过晶体管，电流放大3倍，存入100，电流放大100倍，相当于横向做乘法，纵向做电流的累加，所以流过这个矩阵，相当于做一个向量矩阵的乘法。
 
这个矩阵适合跑AI网络，知存科技面向可穿戴设备的超低功耗存算一体芯片WTM2101就是基于这个技术，目标市场耳机和手表，知存科技主要提供的是算力平台。李想表示，用在手表中会比耳机多一些健康算法。
 

 
WTM2101尺寸比较小，是2.9*2.6mm，峰值算力是50Gops，能效比达到15Tops/W，最大可存1.8M的神经网络。这个芯片除了有存算一体的部分外，还有一个RISC-V内核、音频ADC和电源管理，以及丰富的接口等。
 
在智能音频方面，有唤醒等功能，其中知存的VAD与市场现有方案不一样，效果以往的会更好。另外在声纹识别方面，李想谈到，现在耳机和手表还没有声纹识别的功能，基本上是用在手机上，知存的这个芯片可以将声纹识别的功能在手表和耳机等可穿戴设备中实现。
 

 
总而言之，WTM2101的超低功耗特性，具备更长的续航时间，大算力平台，可以为过去无法部署的可穿戴设备的功能提供可能性，可以大幅提升现有智能应用的体验效果。李想表示，公司的这款存算一体的AI芯片，目前还是样片阶段，年底会有一些小批量的试产。

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