[发明专利]一种相变存储单元实现快速逻辑计算装置及数据检索方法

说明书

本发明涉及一种相变存储单元实现快速逻辑计算装置及数据检索方法，装置包括相变存储阵列和外围控制电路，相变存储阵列包括两个相变存储逻辑算子；相变存储逻辑算子包括两个相变存储单元，两个相变存储单元的一端均与同一位线相连，另一端与各自的选通管的漏端相连，选通管的源端接地，相变存储逻辑算子中的一个相变存储单元的选通管的栅极与第一字线相连，另一个相变存储单元的选通管的栅极与第二字线相连；外围控制电路将初始数据信息写入相变存储阵列中，选通管根据第一字线和第二字线上的信号选通相变存储单元，使得相变存储单元中存储的信息与位线上的脉冲信号进行逻辑运算。本发明能够减少数据匹配计算量，实现高效的数据检索。

技术领域

本发明涉及非易失性存储器计算技术领域，特别是涉及一种相变存储单元实现快速逻辑计算装置及数据检索方法。

背景技术

随着大数据时代的人工智能，万物互联的不断发展，数据计算与传输越来越频繁。传统的冯诺依曼计算机架构在计算时需读出数据并传递给计算单元，完成计算后再返回存储单元，这种计算架构造成了时间与功耗瓶颈。数据量的爆发式增长也推动了存储器的革新，相变存储器就是一种具有优异性能且率先量产的新型非易失存储器。相变存储器是基于硫系化合物，具有高速、高密度、低功耗、高可靠性、与CMOS工艺兼容等优点，可以实现晶态与非晶态间的可逆转变从而进行二值数据存储。由于相变存储器的优异特性成为下一代最具潜力的新型存储器。

很多学者们探究高效的最近邻信息检索方式，大规模的数据存储并检索工作量繁重，将汉明距离作为最近邻检索标准，使用相变存储逻辑在存储阵列中完成数据检索，大大降低了计算的复杂度与硬件消耗，同时在相变存储阵列内实现非易失布尔逻辑，可完成汉明距离计算。但是，以往的非易失逻辑计算利用存储器件的非易失特性，二值逻辑输入转换为高低阻值写入操作，逻辑计算需对存储器进行频繁的擦写，计算时间受器件写入时间限制，虽可实现全逻辑计算，但对于替代通用CMOS布尔逻辑没有优势，并不能高效实现存储内计算。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种相变存储单元实现快速逻辑计算装置及数据检索方法，能够在相变存储阵列中实现数据检索，减少数据匹配计算量，实现高效近似最邻近距离匹配。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种相变存储单元实现快速逻辑计算装置，包括相变存储阵列和外围控制电路，所述相变存储阵列包括两个相变存储逻辑算子；所述相变存储逻辑算子包括两个相变存储单元，两个所述相变存储单元的一端均与同一位线相连，另一端与各自的选通管的漏端相连，所述选通管的源端接地，所述相变存储逻辑算子中的一个相变存储单元的选通管的栅极与第一字线相连，另一个相变存储单元的选通管的栅极与第二字线相连；所述外围控制电路将初始数据信息写入所述相变存储阵列中，所述选通管根据所述第一字线和第二字线上的信号选通所述相变存储单元，使得所述相变存储单元中存储的信息与位线上的脉冲信号进行逻辑运算，以实现对所述初始数据信息的处理。

所述相变存储单元具有非易失存储特性与阈值转换特性，所述相变存储单元在高阻态和低阻态之间可逆性转变。低阻态定义为二值逻辑“1”，高阻态定义为二值逻辑“0”。

所述相变存储逻辑算子中的一个相变存储单元作为主相变存储单元，另一个相变存储单元作为反向相变存储单元，所述主相变存储单元用于存储输入数据，所述反向相变存储单元用于存储输入反向数据。

在所述相变存储器位线输入置位与复位信号，字线控制所述主相变存储单元与所述反向相变存储单元的选通；在所述字线上施加置位SET信号时，所述字线选通的器件被置为低阻态；所述字线上施加复位RESET信号时，所述字线选通的器件被置为高阻态。