基于忆阻器的非易失性布尔与非布尔状态逻辑实现研究
发布时间：2021-02-20 05:58
面对大数据时代的挑战,人们对高性能存储和计算芯片的需求愈加迫切。然而随着器件微缩,现有摩尔定律即将失效。另外,传统冯·诺依曼计算机架构中的数据传输瓶颈也极大地限制了海量信息的实时处理。忆阻器具有高速、低功耗、高擦写次数、易于微缩、与CMOS工艺兼容且便于3D集成等优点,有望替代闪存成为后摩尔时代的主力非易失性存储器。此外,忆阻器在非易失性逻辑运算、神经形态计算等领域展现出了巨大的潜力,可以实现存储与计算的融合,突破传统冯·诺依曼数据传输瓶颈。因此,基于忆阻器的存算一体技术研究吸引了越来越多的研究关注。本文针对基于忆阻器的非易失性逻辑运算中的不足之处,在器件、逻辑算法、级联问题、计算架构等关键问题上对现有基于忆阻器的二值布尔逻辑运算进行了补充与完善;在材料与器件制备、忆阻机理、多值逻辑算法与功能设计等方面开展了基于忆阻器的多值逻辑相关研究;并首次将忆阻器与可逆逻辑结合,从电路仿真方面开展了相关研究,为未来计算与存储融合的新型计算机架构提供了理论基础与原始创新。相关研究成果概述如下:（1）在二值布尔逻辑研究方面,本文基于1T1R忆阻器件,通过电学性能测量对其忆阻导电机制和电荷输运机制进行了...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 忆阻器简介
1.3 忆阻器的重要应用
1.4 基于忆阻器的非易失性状态逻辑研究概述
1.5 本文的选题意义、研究内容及结构安排
2 基于1T1R忆阻器件的布尔逻辑实现研究
2.1 引言
2.2 基于1T1R器件的基本布尔逻辑实现研究
2.3 基于1T1R器件的逻辑级联研究
2.4 基于1T1R阵列的计算架构与复杂逻辑功能实现
2.5 本章小结
3 基于忆阻器件的多值状态逻辑研究
3.1 引言
3.2 基于Ag掺杂GeTe忆阻器件的多电阻状态转变特性研究
3.3 基于忆阻器多电阻状态转变特性的三值逻辑完备集算法研究
3.4 基于HfOx忆阻器件量子电导特性的三值逻辑完备集实现
2/Zr:SiO2/C:SiO2/TiN忆阻器件的多值逻辑优化设计"> 3.5 基于Pt/C:SiO2/Zr:SiO2/C:SiO2/TiN忆阻器件的多值逻辑优化设计
3.6 本章小结
4 基于忆阻阵列的可逆逻辑实现研究
4.1 引言
4.2 忆阻阵列制备与忆阻模型建立
4.3 基于忆阻阵列的基本可逆逻辑门构建与仿真测试
4.4 基于忆阻可逆逻辑门的级联与四则运算
4.5 本章小结
5 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 对未来研究工作的展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表论文目录
附录2 攻读博士学位期间发表专利目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]Memcomputing: fusion of memory and computing[J]. Yi LI,Yaxiong ZHOU,Zhuorui WANG,Xiangshui MIAO. Science China（Information Sciences）. 2018(06)
[2]基于整流特性的RRAM无源交叉阵列研究进展[J]. 张康玮,龙世兵,刘琦,吕杭炳,李颖弢,王艳,连文泰,王明,张森,刘明. 中国科学:技术科学. 2011(04)
[3]Progress in rectifying-based RRAM passive crossbar array[J]. ZHANG KangWei,LONG ShiBing,LIU Qi,L HangBing,LI YingTao,WANG Yan, LIAN WenTai,WANG Ming,ZHANG Sen & LIU Ming Laboratory of Nano-Fabrication and Novel Devices Integrated Technology,Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(04)
[4]基于I-V特性的阻变存储器的阻变机制研究[J]. 李颖弢,刘明,龙世兵,刘琦,张森,王艳,左青云,王琴,胡媛,刘肃. 微纳电子技术. 2009(03)
[5]阻变式存储器存储机理[J]. 王永,管伟华,龙世兵,刘明,谢常青. 物理. 2008(12)
[6]论三进制数字系统[J]. 郑启伦. 电子计算机动态. 1978(12)
硕士论文
[1]新型量子逻辑门的构造方法的研究与实现[D]. 陈赛.扬州大学 2017
[2]一位十进制与二进制转换的可逆计算模型设计与研究[D]. 何泰然.重庆大学 2017
[3]16位可逆算术逻辑运算单元（ALU）的研究与设计[D]. 王朝正.东华大学 2017
本文编号：3042333
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 忆阻器简介
1.3 忆阻器的重要应用
1.4 基于忆阻器的非易失性状态逻辑研究概述
1.5 本文的选题意义、研究内容及结构安排
2 基于1T1R忆阻器件的布尔逻辑实现研究
2.1 引言
2.2 基于1T1R器件的基本布尔逻辑实现研究
2.3 基于1T1R器件的逻辑级联研究
2.4 基于1T1R阵列的计算架构与复杂逻辑功能实现
2.5 本章小结
3 基于忆阻器件的多值状态逻辑研究
3.1 引言
3.2 基于Ag掺杂GeTe忆阻器件的多电阻状态转变特性研究
3.3 基于忆阻器多电阻状态转变特性的三值逻辑完备集算法研究
3.4 基于HfOx忆阻器件量子电导特性的三值逻辑完备集实现
2/Zr:SiO2/C:SiO2/TiN忆阻器件的多值逻辑优化设计"> 3.5 基于Pt/C:SiO2/Zr:SiO2/C:SiO2/TiN忆阻器件的多值逻辑优化设计
3.6 本章小结
4 基于忆阻阵列的可逆逻辑实现研究
4.1 引言
4.2 忆阻阵列制备与忆阻模型建立
4.3 基于忆阻阵列的基本可逆逻辑门构建与仿真测试
4.4 基于忆阻可逆逻辑门的级联与四则运算
4.5 本章小结
5 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 对未来研究工作的展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表论文目录
附录2 攻读博士学位期间发表专利目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]Memcomputing: fusion of memory and computing[J]. Yi LI,Yaxiong ZHOU,Zhuorui WANG,Xiangshui MIAO. Science China（Information Sciences）. 2018(06)
[2]基于整流特性的RRAM无源交叉阵列研究进展[J]. 张康玮,龙世兵,刘琦,吕杭炳,李颖弢,王艳,连文泰,王明,张森,刘明. 中国科学:技术科学. 2011(04)
[3]Progress in rectifying-based RRAM passive crossbar array[J]. ZHANG KangWei,LONG ShiBing,LIU Qi,L HangBing,LI YingTao,WANG Yan, LIAN WenTai,WANG Ming,ZHANG Sen & LIU Ming Laboratory of Nano-Fabrication and Novel Devices Integrated Technology,Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(04)
[4]基于I-V特性的阻变存储器的阻变机制研究[J]. 李颖弢,刘明,龙世兵,刘琦,张森,王艳,左青云,王琴,胡媛,刘肃. 微纳电子技术. 2009(03)
[5]阻变式存储器存储机理[J]. 王永,管伟华,龙世兵,刘明,谢常青. 物理. 2008(12)
[6]论三进制数字系统[J]. 郑启伦. 电子计算机动态. 1978(12)
硕士论文
[1]新型量子逻辑门的构造方法的研究与实现[D]. 陈赛.扬州大学 2017
[2]一位十进制与二进制转换的可逆计算模型设计与研究[D]. 何泰然.重庆大学 2017
[3]16位可逆算术逻辑运算单元（ALU）的研究与设计[D]. 王朝正.东华大学 2017
本文编号：3042333
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