基于忆阻器的计算存储融合体系结构研究进展
发布时间：2020-12-19 06:54
忆阻器是一种使能器件,具有阻值非易失、低功耗、高耐久度、易于集成、CMOS工艺兼容性等特性。基于忆阻器的状态逻辑计算能够实现计算和存储的真正融合,并且是逻辑完备的,从而有望突破冯·诺依曼架构的限制,有效缓解存储墙瓶颈问题。这些优异特性使得忆阻器相关研究受到学术界和工业界的极大关注。鉴于此,从忆阻器所具有的状态逻辑计算特性出发,综述面向应用的计算存储融合体系结构的研究进展。首先详细分析了状态逻辑的实现原理和改进方法;接着梳理了基于忆阻器交叉杆的状态逻辑设计,包括基本逻辑并行实现、拷贝操作和比较操作;然后概括了基于忆阻器的数据存储结构的设计原理和实现结构;在此基础上,探讨了面向应用的计算存储融合体系结构技术;最后,对该方向研究存在的问题进行了总结,并对未来的发展方向进行了展望。
【文章来源】：计算机工程与科学. 2020年11期 北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
惠普蕴含逻辑
3M1R逻辑就是对惠普蕴含逻辑的一种改进[17,28]。3M1R逻辑基本计算结构由通过字线WL(Word Line)和位线BL(Bit Line)相连的3个忆阻器A、B、Y和1个分压电阻RC构成,如图2[17]所示。通过在A和B上施加电压脉冲VR,在Y上施加电压脉冲VDD,3M1R可以1步实现与非(NAND)操作,而IMP逻辑和FALSE逻辑需要分3步才能实现NAND逻辑。3M1R电路结构本质上和惠普蕴含逻辑是一样的,所以它也具备逻辑完备性,它的优点是逻辑操作不会破坏输入状态。而MAGIC逻辑采用另一种改进思路[18]。MAGIC在实现或非(NOR)逻辑时,其基本电路单元由2个正向并联的忆阻器和1个反向忆阻器串联构成,如图3[18]所示。和3M1R一样,MAGIC不会破坏输入状态。和IMP、3M1R相比,MAGIC可以较高效地实现所有的逻辑操作,并且采用全忆阻器实现,从而容易实现交叉杆集成。此外,MAGIC运算时只需要1个电压V0就可实现逻辑操作。MAGIC的缺点是脉冲电压V0约束要求很高,实现不同的逻辑运算时的V0值不同,实际实现难度较大。
而MAGIC逻辑采用另一种改进思路[18]。MAGIC在实现或非(NOR)逻辑时,其基本电路单元由2个正向并联的忆阻器和1个反向忆阻器串联构成,如图3[18]所示。和3M1R一样,MAGIC不会破坏输入状态。和IMP、3M1R相比,MAGIC可以较高效地实现所有的逻辑操作,并且采用全忆阻器实现,从而容易实现交叉杆集成。此外,MAGIC运算时只需要1个电压V0就可实现逻辑操作。MAGIC的缺点是脉冲电压V0约束要求很高,实现不同的逻辑运算时的V0值不同,实际实现难度较大。2.3 状态逻辑分类
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于3D忆阻器阵列的神经网络内存计算架构[J]. 毛海宇,舒继武. 计算机研究与发展. 2019(06)
[2]基于动态权衡的新型非易失存储器件体系结构研究综述[J]. 张明喆,张法,刘志勇. 计算机研究与发展. 2019(04)
[3]基于忆阻器的非易失逻辑研究前沿[J]. 徐丽莹,杨玉超,黄如. 中国基础科学. 2019(02)
[4]基于忆阻器的存储与计算融合理论与实现[J]. 李祎,缪向水. 国防科技. 2016(06)
[5]基于非易失性存储器的存储系统技术研究进展[J]. 舒继武,陆游游,张佳程,郑纬民. 科技导报. 2016(14)
[6]A memristor-based architecture combining memory and image processing[J]. ZHOU Jing,YANG XueJun,WU JunJie,ZHU Xuan,FANG XuDong,HUANG Da. Science China(Information Sciences). 2014(05)
博士论文
[1]基于忆阻器的图像处理技术研究[D]. 周静.国防科学技术大学 2014
[2]基于忆阻器的自治容错技术研究[D]. 黄达.国防科学技术大学 2014
[3]基于忆阻器的存储加密体系结构技术[D]. 朱玄.国防科学技术大学 2014
本文编号：2925472
【文章来源】：计算机工程与科学. 2020年11期 北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
惠普蕴含逻辑
3M1R逻辑就是对惠普蕴含逻辑的一种改进[17,28]。3M1R逻辑基本计算结构由通过字线WL(Word Line)和位线BL(Bit Line)相连的3个忆阻器A、B、Y和1个分压电阻RC构成,如图2[17]所示。通过在A和B上施加电压脉冲VR,在Y上施加电压脉冲VDD,3M1R可以1步实现与非(NAND)操作,而IMP逻辑和FALSE逻辑需要分3步才能实现NAND逻辑。3M1R电路结构本质上和惠普蕴含逻辑是一样的,所以它也具备逻辑完备性,它的优点是逻辑操作不会破坏输入状态。而MAGIC逻辑采用另一种改进思路[18]。MAGIC在实现或非(NOR)逻辑时,其基本电路单元由2个正向并联的忆阻器和1个反向忆阻器串联构成,如图3[18]所示。和3M1R一样,MAGIC不会破坏输入状态。和IMP、3M1R相比,MAGIC可以较高效地实现所有的逻辑操作,并且采用全忆阻器实现,从而容易实现交叉杆集成。此外,MAGIC运算时只需要1个电压V0就可实现逻辑操作。MAGIC的缺点是脉冲电压V0约束要求很高,实现不同的逻辑运算时的V0值不同,实际实现难度较大。
而MAGIC逻辑采用另一种改进思路[18]。MAGIC在实现或非(NOR)逻辑时,其基本电路单元由2个正向并联的忆阻器和1个反向忆阻器串联构成,如图3[18]所示。和3M1R一样,MAGIC不会破坏输入状态。和IMP、3M1R相比,MAGIC可以较高效地实现所有的逻辑操作,并且采用全忆阻器实现,从而容易实现交叉杆集成。此外,MAGIC运算时只需要1个电压V0就可实现逻辑操作。MAGIC的缺点是脉冲电压V0约束要求很高,实现不同的逻辑运算时的V0值不同,实际实现难度较大。2.3 状态逻辑分类
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于3D忆阻器阵列的神经网络内存计算架构[J]. 毛海宇,舒继武. 计算机研究与发展. 2019(06)
[2]基于动态权衡的新型非易失存储器件体系结构研究综述[J]. 张明喆,张法,刘志勇. 计算机研究与发展. 2019(04)
[3]基于忆阻器的非易失逻辑研究前沿[J]. 徐丽莹,杨玉超,黄如. 中国基础科学. 2019(02)
[4]基于忆阻器的存储与计算融合理论与实现[J]. 李祎,缪向水. 国防科技. 2016(06)
[5]基于非易失性存储器的存储系统技术研究进展[J]. 舒继武,陆游游,张佳程,郑纬民. 科技导报. 2016(14)
[6]A memristor-based architecture combining memory and image processing[J]. ZHOU Jing,YANG XueJun,WU JunJie,ZHU Xuan,FANG XuDong,HUANG Da. Science China(Information Sciences). 2014(05)
博士论文
[1]基于忆阻器的图像处理技术研究[D]. 周静.国防科学技术大学 2014
[2]基于忆阻器的自治容错技术研究[D]. 黄达.国防科学技术大学 2014
[3]基于忆阻器的存储加密体系结构技术[D]. 朱玄.国防科学技术大学 2014
本文编号：2925472
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