[发明专利]可编程多功能自旋逻辑加法器/减法器

说明书

本发明公开了一种可编程多功能自旋逻辑加法器/减法器，包括多个可编程多功能自旋逻辑单元构成的可编程多功能自旋逻辑单元阵列，每个可编程多功能自旋逻辑单元配置一个读取电路，所述阵列的每行及每列均有偏置电路，以及控制电路；所述可编程多功能自旋逻辑单元根据其磁化状态所呈现出的相应电阻值存储数据，读取电路用于将所述存储的数据转换成相应的逻辑电平并输出；控制电路控制所述可编程多功能自旋逻辑单元、读取电路和偏置电路的操作。通过配置偏置电路和控制电路选通需读出或改写的可编程多功能自旋逻辑单元，并将所述单元编程为相对应的逻辑运算功能，从而在特定数量的可编程多功能自旋逻辑单元和运算周期内实现多位全加器或全减器。

技术领域

本发明涉及磁性器件及CMOS集成电路领域，更具体地，涉及一种可编程多功能自旋逻辑加法器/减法器。

背景技术

自旋逻辑器件，具体见公开号为CN107134292A的发明专利申请，以其磁性特性所赋予电子器件的非易失性，在低功耗，低面积，高速率以及高效率逻辑运算方面起到了日益重要的作用。随着应用数据量的急剧提升，对高性能计算机的需求变得日益迫切。

现阶段比较成熟的研究成果已提出了电流驱动自旋逻辑的概念；并进一步提出了一种可通过两路垂直电流协同作用改变磁化状态的结构；结合了以上的研究，又有研究提出了可编程多功能自旋逻辑器件，可将两路互相垂直的电流作为逻辑输入，被改写的磁化状态作为逻辑输出，并实现了五种基本的逻辑功能。

可编程多功能自旋逻辑单元，可以通过编程，将多种逻辑功能集成在一个单元内，并可以同CMOS工艺相兼容。该可编程多功能自旋逻辑单元可以通过设定等效磁场方向以及初始的磁性状态，规定其即将执行的逻辑功能。并以可具有不同方向的电流作为逻辑输入，不同磁性状态所呈现的不同阻值作为逻辑输出。

然而，作为逻辑输出的阻值需要转化为逻辑电平方可同传统的CMOS逻辑电路相兼容。并且，该单元的输入信号与输出信号具有不同的电气形式。若要实现多级的单元级联，需要以设计电路将输入与输出信号转化为同种形式。

发明内容

本发明为解决可编程多功能自旋逻辑单元实现多级级联时，单元的输入信号与输出信号具有不同的电气形式的问题，并在特定数量的可编程多功能自旋逻辑单元内和有限个运算周期内实现多位全加器及全减器，提供了一种可编程多功能自旋逻辑加法器/减法器。

为实现以上发明目的，而采用的技术手段是：

一种可编程多功能自旋逻辑加法器/减法器，包括多个可编程多功能自旋逻辑单元构成的可编程多功能自旋逻辑单元阵列，每个可编程多功能自旋逻辑单元配置一个读取电路，所述阵列的每行及每列均有偏置电路，以及控制电路；所述可编程多功能自旋逻辑单元根据其磁化状态所呈现出的相应电阻值存储数据，读取电路用于将所述存储的数据转换成相应的逻辑电平并输出；控制电路控制所述可编程多功能自旋逻辑单元、读取电路和偏置电路的操作。

上述方案在可编程多功能自旋逻辑单元阵列的基础上，通过配置偏置电路和控制电路选通即将读出或改写的可编程多功能自旋逻辑单元，并将所述单元编程为相对应的逻辑运算功能，从而在特定数量的可编程多功能自旋逻辑单元内和有限个运算周期内实现多位全加器/全减器。

优选的，所述阵列的每行及每列均包括写电路，所述写电路提供具有两个不同方向的电流用于改写可编程多功能自旋逻辑单元的逻辑状态。所述读取电路和写电路连接至可编程多功能自旋逻辑单元端口，将输入及输出的逻辑信号统一为逻辑电平，并由此实现基于PMSLC的逻辑级联。

优选的，所述可编程多功能自旋逻辑单元、读取电路和偏置电路的操作由同一控制电路控制。唯有被选通的可编程多功能自旋逻辑单元行与列都被偏置，继而输出相应的磁性状态，即等效电阻阻值。