中国内存内处理 (PIM)芯片行业发展现状、市场前景、投资方向分析报告（智研咨询发布）.docx

中国内存内处理(PIM)芯片行业发展现状、市场前景、投资方向分析报告（智研咨询发布）

内容概要：内存内处理（PIM，也称为存内计算）是指将处理器与RAM（随机存取存储器）集成在单个芯片上。集成后的芯片也被称为PIM芯片。PIM允许在计算机、服务器或类似设备的内存中执行计算和处理，该架构通过在内存模块内执行任务来加速任务的整体处理。为了解决冯·诺依曼瓶颈带来的功耗和算力问题，存内计算的概念被提了出来。与冯·诺依曼架构中分离的处理器和存储器不同的是，存内计算将数据的存储和计算融为一体，使得存储阵列不仅具有常规的数据存储能力，同时又具有阵列运算的功能。21世纪以来，随着人工智能技术的快速发展，具有高能效比的存内计算架构迎来了发展浪潮，此后，存内计算在神经网络计算等领域逐渐受到关注。三星、台积电、海力士、英特尔、IBM等半导体巨头也都投入到了存内计算架构的研发之中。存内计算的出现使计算平台的算力功耗比、面积功耗比等进入了一个新的阶段。据PrecedenceResearch数据，2023年全球存内计算市场规模约为180.4亿美元，预计到2028年规模将增长至387.6亿美元，期间年复合增长率为17%。

关键词：内存内处理(PIM)芯片发展历程、内存内处理(PIM)芯片发展优势、内存内处理(PIM)芯片市场现状

一、内存内处理(PIM)芯片行业相关概述

内存内处理（PIM，也称为存内计算）是指将处理器与RAM（随机存取存储器）集成在单个芯片上。集成后的芯片也被称为PIM芯片。PIM允许在计算机、服务器或类似设备的内存中执行计算和处理，该架构通过在内存模块内执行任务来加速任务的整体处理。

存内计算的提出可以追溯到上世纪70年代，1969年，William等首次提出存储和逻辑整合的想法，将存储和逻辑运算电路集成为小的元胞，然后迭代成一个二维阵列，再通过编程的方法可以实现所需的复杂逻辑行为，这种存内逻辑结构设计在设计、制造、测试等方面具有许多优势。次年，Harlod等提出存内逻辑处理器的概念，存内逻辑阵列不但可以作为CPU与存储之间的高速缓冲，还具有处理数据的能力。1975年，Elmasry等提出了一种利用双极型晶体管构成的两级存内逻辑，该结构可以实现存储和组合逻辑功能。1982年，Odaka等提出了一种存内逻辑计算超大规模专用集成电路（VLSI），集成了6144位存储和770个逻辑门电路，提高了处理器效率。21世纪之前对于存内计算的研究还处于起步阶段，21世纪以来，随着人工智能技术的快速发展，具有高能效比的存内计算架构迎来了发展浪潮，此后，存内计算在神经网络计算等领域逐渐受到关注。2018年，IEEE国际固态电路会议（ISSCC）开始设立一个独立的议程来讨论存内计算相关的设计。三星、台积电、海力士、英特尔、IBM等半导体巨头也都投入到了存内计算架构的研发之中。存内计算的出现使计算平台的算力功耗比、面积功耗比等进入了一个新的阶段。

PIM芯片发展历程

相关报告：智研咨询发布的《中国内存内处理(PIM)芯片行业市场全景分析及产业需求研判报告》

二、内存内处理(PIM)芯片行业发展背景

1965年，英特尔联合创始人戈登·摩尔预测，单个芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番，而成本只会有极小的增加。该预测被称为摩尔定律。由于技术的进步与芯片制造工艺的改进，在过去几十年里，芯片的算力有着显著的提高。例如，1978年，英特尔推出的8086微处理器，工作在4.77MHz的时钟频率，具有0.33百万条指令每秒的处理速度；20世纪90年代早期，英特尔Pentium系列处理器的算力达到了100MIPS；到了90年代末期，英特尔PentiumIII系列处理器的算力达到了600-700MIPS；2000年以后，英特尔推出Core系列处理器，算力则达到了20-30十亿条指令每秒；2020年苹果公司推出的M1处理器，算力已经达到了1000BIPS。尽管摩尔定律预见了芯片行业的发展趋势，但如今，随着晶体管尺寸接近原子级，半导体材料和制造工艺已经到达物理极限，同时，随着芯片尺寸和晶体管数量的增加，芯片的发热和功耗也急剧增加，摩尔定律正面临越来越多的局限与挑战。物理尺寸和制造工艺的提升已经无法满足摩尔定律发展的速度，因此，需要寻找新的技术来维持计算机性能的增长。

截至2023年底，全球算力基础设施总规模达到910EFLOPS（FP32），同比增长40%。美国、中国算力基础设施规模位列前两名，中国算力总规模达230EFLOPS。近年来，随着可穿戴设备、物联网、边缘计算、人工智能等应用的兴起，人们对于计算平台提出了更高的要求，即用有限的能源与资源实现更大的算力，或者实现相同的算力消耗更低的能源与资源。以中央处理器（CPU）与存储器构成的现有计算平台，当需要处理的