基于忆阻器的非易失性状态逻辑运算方法与实现研究

基本信息
批准号:61674061
项目类别:面上项目
资助金额:65.00
负责人:缪向水
学科分类:
依托单位:华中科技大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李祎,缪天鹏,周亚雄,陈佳,卢珂,程龙,胡思雨
关键词:
逻辑完备性电路拓扑结构状态逻辑运算存储与计算融合忆阻器
结项摘要

Memristor based nonvolatile stateful logic computing is regarded as a promising disruptive technology to improve the efficiency of information processing, to break the von Neumann bottleneck in traditional computing architecture, and to overcome the existing Memory Wall problem. However, several critical challenges are still hindering further developments of stateful computing, such as the lack of high performance memristors, logic algorithm and systematic memristive logic circuit theory. In this project, bipolar and complementary memristors with high speed, low power consumption, high HRS/LRS ratio and good uniformity will be developed. Based on the macroscopic electric characteristics and microscopic physical mechanisms, compact threshold device model will also be built. The material implication logic、sequential stateful logic and memristor/CMOS hybrid logic methods will be investigated intensively. At the same time, the topologic structure of various memristor logic circuits will be thoroughly theoretically discussed and experimentally studied. We aim to obtain simple logic device structures and functional complete logic functions with optimized fabrication process, temporal and spatial complexity, then to establish a whole system of memristor based nonvolatile stateful logic. Our work will be an important step to realize the fusion of information storage and computing, paving the way to build next generation non von Neumann architecture for large scale parallel computing.

基于忆阻器的非易失性状态逻辑运算被认为是提高信息处理的速度和效率、突破传统计算机架构中冯•诺依曼瓶颈、克服存储墙问题的颠覆性技术。当前,适用于逻辑运算的忆阻器性能调控、逻辑算法的优化设计和逻辑电路理论的系统建立等问题是制约基于忆阻器的逻辑运算物理实现和实用化的关键挑战。本项目拟研制高速、低功耗、阻态窗口大、一致性好的高性能双极性和互补式忆阻逻辑器件,结合器件宏观电学特性与微观物理机制建立器件的紧凑阈值电路模型,对忆阻逻辑电路拓扑结构进行全面理论分析和物理验证,系统研究和对比实质蕴涵、时序忆阻逻辑、忆阻/CMOS混合逻辑三种运算方法,目标是得到工艺复杂度、时间复杂度和空间复杂度性能均衡、突出的器件/电路结构和完备逻辑算法,建立完善的非易失性状态逻辑运算方法和电路体系,提出存储与计算融合的非冯•诺依曼架构新思路,实现在基于忆阻的信息存储与计算融合的基础理论与关键技术方面的原始创新和突破。

项目摘要

非易失性状态逻辑运算是存算一体化架构的基石,是克服存储墙问题、突破传统计算机架构中冯·诺伊曼瓶颈的颠覆性技术。本项目重点围绕基于忆阻器的非易失性状态逻辑运算方法,研究了氧化物忆阻器件的特性调控方法、忆阻逻辑器件及其电路模型、忆阻电路拓扑结构理论、非易失性状态逻辑运算方法。制备了高稳定性、宽温区、耐擦写及高保持特性、具有多值存储能力的AlOx忆阻器,揭示了器件结构参数与工艺参数对器件性能的影响规律,建立了可用于非易失逻辑电路设计和仿真分析的忆阻逻辑器件紧凑阈值电路模型,分析了不同拓扑结构的忆阻电路及其逻辑运算特性,提出并实现了三类在不同拓扑结构下的可重构忆阻非易失逻辑运算方法,提出了基于忆阻器的存储与计算融合的高能效计算架构。本项目研究成果为后续设计开发存算一体化系统和架构奠定了基础。研究成果在Advanced Functional Materials、Nanoscale、IEEE Electron Device Letters、中国科学·信息科学(英文版)等高水平期刊发表论文16篇。申请中国发明专利8项;培养已毕业博士研究3名,硕士研究生3名,在读博士生4名,在读硕士生2名。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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