[发明专利]一种基于磁电效应的磁场感存算一体结构

说明书

本发明公开了一种基于磁电效应的磁场感存算一体结构，包括传感层、存储层、计算层和硅多位复用器逻辑层，所述传感层、存储层、计算层和硅多位复用器逻辑层之间通过通过纳米管进行超密集连接；磁场传感组件中的磁致伸缩层在外部磁场的的作用下伸缩，磁致伸缩层的伸缩引起压电层的伸缩变化。压电层伸缩使两端面存在电势差，该电势差作为信号反应外界磁场信息。所有传感层中的传感器单元直接并行的将数据写入下面存储层中的RRAM单元。通过感应磁场的分布及变化来判断电网的运行状况，以及与人工智能相结合，对磁场分布进行预测，对设备的使用情况及寿命进行精确预测。

技术领域

本发明属于感存算一体技术领域，具体涉及一种基于磁电效应的磁场感存算一体结构。

背景技术

近年来，随着人工智能与电子信息化的飞速发展，深度学习神经网络为代表的人工智能算法的深入研究与普及，智能电子设备与相关应用场景随处可见，例如，人脸识别、语音识别、无人驾驶等。传感器作为信息化时代的关键器件，对于信息化的发展起到了决定性作用。磁场传感是其中的一个重要组成部分。它有着非常广泛的应用，对交通运输、智能电网、可穿戴装备以及生物医学等领域都有重要应用。磁场传感的方法目前有很多，例如霍尔探针、探测线圈、磁阻传感器、磁通门计以及超导量子磁强计等。目前，磁场传感器仅可以实现磁场传感的功能，但传感与存储器和计算是分离的，中间的数据传输过程需要消耗大量的能源，且体积相对较大，用于集成电路。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于磁电效应的磁场感存算一体结构，包括传感层、存储层、计算层和硅多位复用器逻辑层，所述传感层、存储层、计算层和硅多位复用器逻辑层之间通过通过纳米管进行超密集连接；

所述传感层、存储层的阵列单元包括磁场传感组件和RRAM组件，所述的磁场传感组件包括依次连接的磁致伸缩层、压电层和传感组件电极，所述的压电层上端与所述的磁致伸缩层相连，所述的压电层下端与所述的传感组件电极相连，所述磁场传感组件与RRAM组件通过中间的介电层相连，所述传感组件介电层内部包裹传感组件，所述RRAM组件包括依次连接的RRAM组件顶部电极、介电数据存储层、RRAM组件底部电极，所述的RRAM组件顶部电极和介电数据存储层被RRAM组件顶部介电层包裹，所述的RRAM组件底部电极被RRAM组件底部介电层包裹，所述的RRAM组件顶部电极的上端通过上部金属通孔与所述的上部金属互连层连接，所述的RRAM组件底部电极的下端通过底部金属通孔与底部金属互连层相连。

优选的，所述计算层内置计算加速器、输入/输出、译码器用于RRAM置位、读取电压的控制，硅多位复用器逻辑层包括接口，接口包括多位复用器、传感放大器。

优选的，所述传感层通过输入/输出连接RRAM单元。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明实现了磁场传感器与存算一体的结合，磁场传感器采集到的模拟信号直接送到阻变存储器处理单元进行运算，阻变存储器采用交叉阵列的方式进行高密度集成，输出电流＝输入电压×阻变存储器电导，随输入电压地改变，输出电流信号相应变化。

2.本发明实现了磁场传感器的边缘计算，可实时对磁场信息进行计算，不必使其数据信息进入CPU计算。

3.本发明在阻变存储阵列中实现存算一体化的传感网络，写入功耗约为闪存的1/1000，功耗约为闪存的1/20，速度提高50倍以上。

4.本发明可集成化，可以很好的与CMOS工艺兼容。

5.本发明可广泛应用于电气设备和电力系统中，通过感应磁场的分布及变化来判断电网的运行状况，以及与人工智能相结合，对磁场分布进行预测，对设备的使用情况及寿命进行精确预测。

附图说明

图1是本发明的传感与RRAM单元结构示意图；

图2是本发明的感存算一体芯片宏观结构图；