[發明專利]基于斯格明子的隨機數據流計算系統和計算控制方法

有效

• 申請號: 202010200108.0
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111427539B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 潘彪;姚勇;張昊陽;康旺;趙巍勝
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 趙平;周永君

1.一種基于斯格明子的隨機數據流計算系統，其特征在于，包括：依次連接的隨機數產生模塊、數據存儲模塊以及隨機運算模塊；所述隨機數產生模塊根據輸入數據產生真隨機數據流；所述數據存儲模塊用于存儲所述真隨機數據流，和/或存儲由所述隨機運算模塊輸出的運算結果；所述隨機運算模塊對所述數據存儲模塊中的數據進行邏輯運算，并將運算結果發送至所述數據存儲模塊和/或將所述運算結果輸出；

其中，所述隨機數產生模塊、所述數據存儲模塊以及所述隨機運算模塊中至少一個包含斯格明子；所述隨機數產生模塊包括：斯格明子隨機數發生器、比較器以及輸入緩存單元；

所述輸入緩存單元用于緩存所述輸入數據，所述斯格明子隨機數發生器用于產生隨機數，所述比較器比較所述輸入數據與所述隨機數產生所述真隨機數據流；

所述斯格明子隨機數發生器包括：從下到上依此設置的重金屬層、鐵磁自由層、隧穿層以及鐵磁固定層，所述隧穿層以及所述鐵磁固定層包括大小相同的兩部分，形成兩個磁隧道結，用于感知鐵磁自由層中的磁阻變化；

所述斯格明子隨機數發生器為基于熱擾動的真隨機數發生器，利用斯格明子的布朗運動產生隨機數，和/或基于納米多層膜的隨機邏輯器件，利用斯格明子在磁性多層膜中的運動實現基本布爾邏輯函數。

2.根據權利要求1所述的基于斯格明子的隨機數據流計算系統，其特征在于，所述數據存儲模塊包括：斯格明子賽道存儲器。

3.根據權利要求2所述的基于斯格明子的隨機數據流計算系統，其特征在于，所述斯格明子賽道存儲器包括：多條賽道，每條賽道均包括：斯格明子寫入端、斯格明子讀取端、納米軌道、數據輸入端以及數據輸出端；

其中，所述斯格明子寫入端產生斯格明子，所述斯格明子讀取端檢測斯格明子，所述納米軌道用于完成多個斯格明子的分布和運動，所述數據輸入端接收待存儲的數據，所述數據輸出端讀取存儲的數據。

4.根據權利要求1所述的基于斯格明子的隨機數據流計算系統，其特征在于，所述隨機運算模塊為布爾邏輯運算單元，包括：斯格明子與門、斯格明子或門、斯格明子非門中的一個或多個的組合。

5.根據權利要求4所述的基于斯格明子的隨機數據流計算系統，其特征在于，所述隨機運算模塊包括：斯格明子加法器和/或斯格明子乘法器。

6.根據權利要求1所述的基于斯格明子的隨機數據流計算系統，其特征在于，還包括：控制模塊，所述控制模塊連接所述隨機數產生模塊、所述數據存儲模塊以及所述隨機運算模塊。

7.一種基于斯格明子的隨機數據流計算控制方法，其特征在于，包括：

將輸入數據輸送至輸入緩存單元，完成數據緩存；

將所述輸入緩存單元中緩存的輸入數據傳送至比較器，同時，控制斯格明子隨機數發生器產生隨機數傳送至所述比較器，以使所述比較器比較所述輸入數據與所述隨機數產生真隨機數據流；

將所述真隨機數據流傳輸至數據存儲模塊，進行數據存儲；

將所述數據存儲模塊中的數據傳送至隨機運算模塊進行邏輯運算；

將所述隨機運算模塊輸出的運算結果發送至所述數據存儲模塊和/或將所述運算結果輸出至外部微處理器；

其中，

所述斯格明子隨機數發生器包括：從下到上依此設置的重金屬層、鐵磁自由層、隧穿層以及鐵磁固定層，所述隧穿層以及所述鐵磁固定層包括大小相同的兩部分，形成兩個磁隧道結，用于感知鐵磁自由層中的磁阻變化；

所述斯格明子隨機數發生器為基于熱擾動的真隨機數發生器，利用斯格明子的布朗運動產生隨機數，和/或基于納米多層膜的隨機邏輯器件，利用斯格明子在磁性多層膜中的運動實現基本布爾邏輯函數。