[發(fā)明專利]一種概率計算器件及隨機數(shù)據(jù)生成方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111452112.7
• 申請日: 2022-03-08
• 公開（公告）號: CN114297128A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 殷加亮;王海宇;馬祥躍;曹凱華;趙巍勝
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F15/02
• 分類號: G06F15/02;G06F17/18;G06F7/58
• 代理公司: 北京墨丘知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11878
• 代理人: 唐忠仙;谷軼楠

本發(fā)明公開了一種概率計算器件及隨機數(shù)據(jù)生成方法，涉及概率計算領(lǐng)域，該概率計算器件包括：底端電極、磁隧道結(jié)、磁性功能層以及頂端電極，任意一個磁性功能層用于接收調(diào)控信號，響應(yīng)于調(diào)控信號，調(diào)控磁隧道結(jié)的阻態(tài)，或者對所在磁隧道結(jié)施加漏磁場以調(diào)控磁隧道結(jié)的阻態(tài)，電路系統(tǒng)可以對一段時間內(nèi)磁隧道結(jié)的阻態(tài)變化次數(shù)進行統(tǒng)計，得出磁隧道結(jié)阻態(tài)翻轉(zhuǎn)概率，并以概率翻轉(zhuǎn)的結(jié)果作為生成的隨機數(shù)據(jù)。并且概率計算器件單元設(shè)定至少三處端口進行調(diào)控信號通入，以此實現(xiàn)對磁隧道結(jié)阻態(tài)的調(diào)控，提高了翻轉(zhuǎn)概率的可控性。過程中調(diào)控大電流不通過勢壘層，減輕了勢壘層的磨損，進而提升了磁隧道結(jié)的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實施例涉及概率計算領(lǐng)域，涉及一種概率計算器件及隨機數(shù)據(jù)寫入方法。

背景技術(shù)

隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，需要解決的問題逐漸復(fù)雜，概率計算在人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。現(xiàn)階段常用量子計算系統(tǒng)進行概率計算，但量子計算系統(tǒng)的基礎(chǔ)單元量子比特的狀態(tài)很難維持，且對工作環(huán)境要求較高，很難實現(xiàn)大規(guī)模集成。

磁隧道結(jié)(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)具有響應(yīng)速度高、低功耗、耐用性長、等優(yōu)良特性而作為磁性隨機存儲器(MRAM，Magnetic Random Access Memory)的基礎(chǔ)單元并廣泛應(yīng)用。將其應(yīng)用在概率計算可有效解決概率計算中的速度和可靠性問題。然而，在對MTJ實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，MTJ概率器件在使用過程會伴隨自旋轉(zhuǎn)移矩電流的穿過，隨著計算速率和計算量的提升，MTJ兩端的MTJ概率器件中的勢壘層在使用過程中會逐漸老化，最終影響器件的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例提供一種概率計算器件及隨機數(shù)據(jù)生成方法，以改善MTJ本身在應(yīng)對高計算量使用過程中兩端的MTJ概率器件中的勢壘層在使用過程中會逐漸老化，最終影響器件的使用壽命。

為了解決上述問題，本發(fā)明的第一方面提出了一種概率計算器件，

所述概率計算器件包括：底端電極、磁隧道結(jié)、頂端電極以及至少一個磁性功能層，

所述磁隧道結(jié)設(shè)置于所述底端電極之上，

所述磁性功能層設(shè)置方式包括以下至少一種：設(shè)置于所述底端電極之下、設(shè)置于所述磁隧道結(jié)與所述頂端電極之間、磁隧道結(jié)膜層中或磁隧道結(jié)周圍區(qū)域，

至少一個所述磁性功能層用于接收調(diào)控信號，響應(yīng)于所述調(diào)控信號，調(diào)控所述磁隧道結(jié)的阻態(tài)，或者對所在磁隧道結(jié)施加漏磁場以調(diào)控所述磁隧道結(jié)的阻態(tài)，

所述概率計算器件用于對所述磁隧道結(jié)的阻態(tài)變化次數(shù)或時間進行統(tǒng)計，得出磁隧道結(jié)阻態(tài)概率翻轉(zhuǎn)的結(jié)果，并以所述概率翻轉(zhuǎn)的結(jié)果作為生成的隨機數(shù)據(jù)，

所述概率翻轉(zhuǎn)的結(jié)果包括：磁隧道結(jié)阻態(tài)對應(yīng)的翻轉(zhuǎn)概率，和/或磁隧道結(jié)阻態(tài)對應(yīng)的翻轉(zhuǎn)頻數(shù)分布。

在一些實施例中，所述磁隧道結(jié)還包括：自由層、參考層以及勢壘層，

所述參考層設(shè)置有對自由層的偏置磁場，所述自由層的偏置磁場響應(yīng)于所述漏磁場改變大小和/或方向，以改變所述磁隧道結(jié)的阻態(tài)，

所述勢壘層響應(yīng)于所述調(diào)控信號通過改變所述勢壘層兩端的場效應(yīng)來改變所述磁隧道結(jié)的阻態(tài)，

所述場效應(yīng)包括：聲場、光場、熱場、電場以及磁場。

在一些實施例中，所述參考層磁化方向在制備后不發(fā)生變化，作為所述自由層磁化方向的參考方向，當所述自由層磁化方向與所述參考層磁化方向相同時，所述磁隧道結(jié)呈現(xiàn)低阻態(tài)，當所述自由層磁化方向與所述參考層磁化方向相反時，所述磁隧道結(jié)呈現(xiàn)高阻態(tài)。

在一些實施例中，所述概率計算器件還設(shè)置有端口，所述端口包括：

端口a、端口b以及端口c，