Processing-in-Memory (PIM) has emerged as a promising computing paradigm to address the memory wall and the fundamental bottleneck of the von Neumann architecture by reducing costly data movement between memory and processing units. As with any engineering challenge, identifying the most effective solutions requires thorough exploration of diverse architectural proposals, device technologies, and application domains. In this context, simulation plays a critical role in enabling researchers to evaluate, compare, and refine PIM designs prior to fabrication. Over the past decade, a variety of PIM simulators have been introduced, spanning low-level device models, architectural frameworks, and application-oriented environments. These tools differ significantly in fidelity, scalability, supported memory/compute technologies, and benchmark compatibility. Understanding these trade-offs is essential for researchers to select appropriate simulators that accurately map and validate their research efforts. This chapter provides a comprehensive overview of PIM simulation methodologies and tools. We categorize simulators according to abstraction levels, design objectives, and evaluation metrics, highlighting representative examples. To improve accessibility, some content may appear in multiple contexts to guide readers with different backgrounds. We also survey benchmark suites commonly employed in PIM studies and discuss open challenges in simulation methodology, paving the way for more reliable, scalable, and efficient PIM modeling.


翻译:内存计算(Processing-in-Memory,PIM)作为一种新兴的计算范式,通过减少内存与处理单元间昂贵的数据传输,有望突破内存墙与冯·诺依曼架构的根本瓶颈。与所有工程挑战类似,要确定最有效的解决方案,需对多样化的架构方案、器件技术和应用领域进行深入探索。在此背景下,仿真技术发挥着关键作用,使研究人员能够在芯片制造前评估、比较和优化PIM设计。过去十年间,已涌现出多种PIM仿真工具,涵盖底层器件模型、架构框架和面向应用的环境。这些工具在仿真精度、可扩展性、支持的内存/计算技术以及基准测试兼容性方面存在显著差异。理解这些权衡关系对于研究人员选择能准确映射和验证其研究工作的仿真器至关重要。本章系统综述了PIM仿真方法与工具,依据抽象层级、设计目标和评估指标对仿真器进行分类,并列举典型实例。为提升可读性,部分内容可能在不同语境中重复出现,以引导不同背景的读者。本文还梳理了PIM研究中常用的基准测试套件,探讨了仿真方法学中的开放挑战,为开发更可靠、可扩展且高效的PIM建模工具指明方向。

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