[發明專利]一種利用憶阻器進行非易失性復雜運算的方法

有效

• 申請號: 201810250070.0
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN110362291B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 楊玉超;李景縣;黃如
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06F7/483
• 分類號: G06F7/483
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 黃鳳茹

本發明公布了一種利用憶阻器進行非易失性復雜運算的方法及憶阻器，利用憶阻器實現復雜運算算術運算，包括：針對憶阻器設定邏輯狀態的含義；設置憶阻器的器件結構；設置利用憶阻器進行布爾邏輯運算的兩種方式，針對兩種方式進行配置實現非易失性復雜運算；包括將憶阻器的電壓值作為邏輯輸入和將憶阻器器件狀態作為邏輯輸入進行布爾邏輯運算；可選擇最優的實現方案，使得方案所需的器件數目和操作步驟最少。本發明利用了交叉陣列結構，適合大規模集成，而且高效實現復雜運算，有助于突破傳統計算架構的速度和能耗瓶頸。

技術領域

本發明涉及半導體和新型非馮諾依曼計算技術領域，具體涉及一種利用憶阻器進行非易失性復雜算術運算的方法。

背景技術

現有的傳統計算機由于采用分離的存儲、計算單元，面臨性能不高、功耗大等多重挑戰。而基于氧化物憶阻器等非易失存儲器的邏輯單元具有小尺寸、低功耗等特點，且能融合存儲與計算功能，有望克服馮諾依曼瓶頸，降低數據交互所產生的能量、時間耗費。因此采用非易失邏輯器件有望突破傳統計算架構的速度和能耗瓶頸，進而推動新一代高能效計算的發展。

但是，采用非易失邏輯器件進行高能效計算的技術還處于研究起步階段，當前多數技術研究仍停留在實現基本布爾邏輯功能的層面上，針對較復雜運算功能如算術運算的技術實現難度較大，而對于更復雜問題的研究，目前尚未有可行的技術方案。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種利用憶阻器進行非易失性復雜運算的方法，利用憶阻器實現復雜運算，達到運算快速、高效的目的。

本發明提供的技術方案是：

一種利用憶阻器進行非易失性復雜運算的方法，其步驟如下：

S1、針對憶阻器設定邏輯狀態的含義。

當憶阻器兩端電壓作為邏輯輸入時，1代表可以使器件發生轉變的電壓脈沖，0代表接近于0的電壓。而當器件狀態對應邏輯狀態時，器件處于低電阻狀態表示邏輯狀態為1，器件處于高電阻狀態表示邏輯狀態為0。

S2、設置憶阻器器件結構。

憶阻器器件是交叉陣列(crossbar)結構，字線(Wordline，WL)代表頂電極，位線(Bitline，BL)代表底電極，垂直方向上頂、底電極之間夾著一層阻變層，所以字線和位線的每一個交點都是一個憶阻器。同一條字線上的器件擁有相同的頂電極電位，同一條位線上的器件擁有相同的底電極電位。

S3、設計復雜運算的實現方案。

本發明具體實施時，根據具體的非易失性復雜運算的要求，選擇最優的實現方案，使得方案所需的器件數目和操作步驟最少；可以對兩種實現布爾邏輯的方式進行配置來實現復雜運算，分別是：將憶阻器的電壓值作為邏輯輸入進行布爾邏輯運算、將憶阻器器件狀態作為邏輯輸入進行布爾邏輯運算。

S4、將憶阻器的電壓值作為邏輯輸入進行布爾邏輯運算，輸出憶阻器器件的阻態，實現邏輯AND操作和邏輯OR操作；同一位線的器件可實現并行邏輯操作。

用器件兩端電壓作為邏輯輸入，利用兩端電壓差引起器件阻變來實現布爾邏輯，輸出的是器件的阻態。當器件初始態是1時，可以通過不斷在字線加輸入變量，同時保持位線是高電壓的方式來實現AND操作。當器件初始態是0時，如果位線是接地，可以實現OR操作。整個過程BL是保持不變的，所以對于同一位線的器件來說，可以并行實現邏輯操作。

S5、將憶阻器器件狀態作為邏輯輸入進行布爾邏輯運算，輸出憶阻器器件的阻態，實現邏輯NOR操作、邏輯NOT操作、邏輯OR操作。