基于阻变存储器的逻辑计算电路及外围读写电路设计

发布时间：2020-12-12 07:50

　　目前最为广泛的计算机体系架构是冯·诺依曼架构,在此架构中计算机的处理设备(CPU)与存储器设备是分离的,处理器与存储器通过数据总线通道链接。而这种将存储器与处理器分开的结构会产生了“冯·诺依曼瓶颈”问题,限制了计算机处理数据速度的提高,引发了“存储墙”问题。为了解决此问题,人们迫切的希望能有更先进的结构出现,于是存储计算一体化的概念变被提出,即将计算机的处理器与存储器相结合,这便对存储设备提出了更高的要求。阻变存储器设备(RRAM)由于其不仅具备非挥发性的存储特点,而且还具备优异的电学特性成为了解决这一问题的有利“候选者”。阻变存储器既可以作为存储设备完成数据的存储功能,同时也可以进行逻辑计算,可以实现计算与存储的结合,可能成为未来计算机结构的重要组成部分。但同时对于阻变存储器的开发尚在理论研究阶段,阻变存储器的温度特性还不是十分稳定,尚可在电路方面进行改进。基于阻变存储器的逻辑计算方法已经有一些论文进行讨论,本文是在前人的基础上利用新型的计算逻辑设计了效率更高的计算电路,同时也针对阻变存储器的温度特性,对存储器芯片的外围读写电路展开改进,提高了阻变存储器在不同温度下的稳定性,论文的主... 

【文章来源】：北方工业大学北京市

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２－１存储器的分类??２．１．１铁电存储器??

铁电存储器的优点在于读写速度快，且功耗极低，不存在最大写入次数的问??题理论上可以进行无限次擦写；但是铁电存储器也有其不足之处，受限于铁电材??料的制约，铁电存储器的读出次数有限制。如图２－２所示的是不同铁电存储器架??构图。??ｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｒｔ?（ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅｓ）?ＦＥ－ＨｆＯ？?ｂａｓｅｄ??（ａ）?？ｒ）?０６０?ｎｍ＂＂＂＂７??職Ｍｉ響灣ｌｉｍｌｌｌ??一?Ｉ??ａ?＾?ｉｂ）?Ｉ?ＰｏＪｙ－Ｓｉ??ｈ＇－，⑶???〖■丨ＰＩ?＿隱ｎ??图２－２铁电存储器模型结构及元件显微镜照片??２．１．２相变存储器??相变存储器是一种通过改变相变材料的晶态和非晶态来改变其阻态大小，??从而存储数据的存储器。工作原理如下，在相变存储器上施加操作电压，可以使??相变材料达到一定的温度后相变材料的阻态会发生改变，这样就达到了存储数据??的目的。??１９６８年，Ｓ．Ｏｖｓｈｉｎｓｋｙ发表首篇关于非晶体相变的文章，开创／非晶体半??６??

相变存储器的优势在于空闲的时候功耗低，读出过程不会对存储设备及数据??产生破坏；但是同样也存在不足之处，其读写时间与其他忆阻器相比较慢，而且??存储容量有待提升，材料的工作温度范围也比较狭窄。如图２－３所示，相变存储??器单元结构图［３２］。??Ｃｏｌｕｍｎ??ＰＣ、１??．．．．．．．??ｅｃｔｒｏｄｅ??置，??图２－３相变存储器单元结构??２．１．３磁阻存储器??磁阻存储器是一种利用改变磁阻材料磁化方向来改变设备电阻大小的存储??器。它可以调节铁磁体中的电子旋转的方向来控制输出的电流强弱，也称为隧穿??磁阻效应。??１９７５年，Ｊｕｌｌｉｅｒｅ最早提出隧穿磁阻效应［３３１，在低温环境中成功观测到了这??７??

【参考文献】：
期刊论文
[1]阻变存储器研究进展[J]. 龙世兵,刘琦,吕杭炳,刘明.  中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(10)
[2]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)
[3]东芝和英飞凌联手跨越FeRAM存储技术的障碍[J].   电子设计技术. 2003(04)

博士论文
[1]高速、高密度、低功耗的阻变非挥发性存储器研究[D]. 刘琦.安徽大学 2010

硕士论文
[1]基于忆阻器的加法器和乘法器高效设计与模拟[D]. 张娜.国防科学技术大学 2011



本文编号：2912135