[发明专利]一种基于阻变式存储器实现高速逻辑运算的4T3R电路结构

说明书

本发明公开了一种基于阻变式存储器实现高速逻辑运算的4T3R电路结构，包括RRAM1的底部电极与NMOS晶体管M1的漏极、NMOS晶体管M2的漏极电连接；M1的栅极与WLA电连接；M2的栅极与WLC电连接；NMOS晶体管M2的源极和NMOS晶体管M3的源极均与RRAM2的顶部电极电连接；NMOS晶体管M3的栅极与WLB电连接；RRAM3的底部电极与NMOS晶体管M4的漏极电连接；M4的栅极与WLS电连接；NMOS晶体管M1的源极、RRAM2的底部电极、NMOS晶体管M4的源极均与SL和电阻R1电连接，而电阻R1的另一端接地。本发明采用RRAM实现了在内存内计算中基本的逻辑运算，提高了电路的逻辑运算效率。

技术领域

本发明涉及阻变式存储器(Resistive Random Access Memory，RRAM)技术领域，尤其涉及一种基于阻变式存储器实现高速逻辑运算的4T3R电路结构。

背景技术

近年来，人工智能算法发展迅速，在图像处理、语音识别等领域展现出显著的性能优势。传统的冯诺依曼结构计算机中，其计算单元与存储单元分离的特点是阻碍这些应用发展的一个重要因素。当计算的并行度不断增加时，所需数据传输的带宽限制了计算速度，通常称之为冯诺依曼瓶颈。为了克服这些传统的冯诺依曼结构带来的弊端，内存内计算(computing in memory，CIM)应运而生。存内计算作为一种非冯诺依曼架构，被认为是人工智能算法硬件加速的未来主流趋势之一。存储单元与逻辑单元的协同工作是人工智能算法硬件加速的关键。摒弃了传统结构的存储单元与逻辑单元的分离，有效避免数据传输的带宽限制，从而可以提高电路的计算速度。存内计算理论上拥有多种工作模式，与传统逻辑运算不同，存内计算在运算过程中使用了存储单元的当前存储状态。实际的工作模式可分为3种：模式1，计算结果与输入、存储状态均有关，结果直接输出；模式2，计算结果与输入、存储状态均有关，结果保存在存储单元内；模式3，计算结果与输入、存储状态均有关，结果输出并同时更新存储状态。存内计算技术突破了传统冯诺依曼架构的限制，优化了存储单元和逻辑单元的结构，缓解了数据搬运问题，从而显著降低了能耗。

非挥发存储器件是存内计算落地的关键。而对于非挥发存储器件，如NOR Flash、RRAM等，模拟量存储、非挥发、低功耗都是其显著优势，这也是存内计算方案核心竞争力的体现。在非挥发存储器范畴内，NOR Flash作为存储器的技术较为成熟，工艺参数、器件模型和模块设计均拥有成熟工具，故其存内计算解决方案将最先实现。未来，NOR Flash的系统架构的核心设计可以向RRAM等新型非挥发器件迁移，从而能够实现技术迭代革新和产品延续。但是在现有技术中，采用RRAM实现的内存内计算电路逻辑运算效率较低，需要进行改进。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于阻变式存储器实现高速逻辑运算的4T3R电路结构，以解决现有技术中存在的上述技术问题。本发明采用RRAM实现了在内存内计算中基本的逻辑运算，提高了电路的逻辑运算效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：