[发明专利]一种用于存储器或存内计算的阵列单元结构及其工作方法

说明书

本发明提供一种存储器或存内计算的阵列单元结构，其特征在于，包括：第一晶体管；第二晶体管；以及电阻变化特性器件，为在包括电流、电压、磁场的外部作用下其等效阻值可以在高阻和低阻之间变化的特性器件。其中，第一晶体管和第二晶体管的源极连接地线、连接电源线或作为计算源线(CSL)连接外界输入。利用晶体管选用NMOS和PMOS的不同以及连接方式的不同，实现特定电压条件下在存储器低阻态或高阻态时开启或关闭，实现计算位线(CBL)电流的抽取或注入，从而有效解决了低阻态或高阻态的波动问题，同时克服了存内计算中非线性问题。

技术领域

本发明属于信息技术领域，涉及一种阵列单元结构及其操作方法，具体涉及一种用于存储器或存内计算的阵列单元结构及其操作方法。

背景技术

近年来在存储器内部实现计算功能，简称存内计算，成为研究热点。存内计算被普遍认为能够解决传统冯诺依曼结构计算的存储瓶颈和功耗瓶颈问题。

根据现有研究，多种类型的存储器均具有存内计算的潜力。例如静态随机存储器SRAM具有纯逻辑工艺的优点，成为存内计算的重要介质，但是其单元面积大、具有易失性。而新兴的电阻随机存储器RRAM和磁随机存储器MRAM等具有阻变特性的存储器件，由于非易失性、访问速度快、单元面积小等优势，成为重要的存内计算选项。

现有的相关存内计算技术包括：使用8TSRAM结构进行存内计算，其单元面积大，对于实现大规模计算阵列有困难，且有数据易失性。使用传统1T1R单元阵列结构，无法避免低阻态波动问题，同时也存在计算源线或者计算位线电流饱和的非线性效应，其计算规模受到限制。使用RRAM Crossbar单元结构进行存内计算操作，存在不可避免的读电流串扰问题，可靠性低。使用1T1R或者1TnR阵列单元结构，进行存内计算，存在同0中论文相同的低阻态波动和电流饱和非线性效应。

由此可见，在现有的存内计算架构和实现中，存在两个突出问题。第一，阻变类的存储器存在着一定范围的阻值波动，对存内计算的性能有较大影响；第二，现有RRAM、MRAM存储器中多采用的1T1R、1TnR等单元结构，存在电流或电压饱和的非线性现象，使得存内计算的规模无法扩大。

发明内容

为解决上述问题，提供一种用于存储器或存内计算的阵列单元结构及其工作方法，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种用于存储器或存内计算的阵列单元结构，其特征在于，第一晶体管；第二晶体管；以及电阻变化特性器件，为在包括电流、电压、磁场的外部作用下其等效阻值可以在高阻和低阻之间变化的特性器件，其中，第一晶体管和第二晶体管的源极连接地、连接电源或作为计算源线连接外界输入，第一晶体管的栅极连接字线，源极连接源线，漏极与电阻变化特性器件的一端相连接，电阻变化特性器件的另一端连接位线，第二晶体管为NMOS，源极连接地线，栅极连接第一晶体管的漏极，漏极连接计算位线，或第二晶体管为NMOS，源极连接计算源线，栅极连接第一晶体管的漏极，漏极连接计算位线，或第二晶体管为PMOS，源极连接电源线，栅极连接第一晶体管的漏极，漏极连接计算位线，或第二晶体管为PMOS，源极连接计算源线，栅极连接第一晶体管的漏极，漏极连接计算位线，根据第二晶体管的阈值开关特性抑制电阻变化特性器件的高阻态电阻值波动或低阻态电阻值波动，并根据电阻变化特性器件的高阻态和低阻态转换为存内计算所需的电流信号作用于计算位线或计算源线。

本发明提供的一种用于存储器或存内计算的阵列单元结构，还可以具有这样的特征，其中，其中，第一晶体管和第二晶体管为标准阈值晶体管、低阈值晶体管或高阈值晶体管。

本发明提供的一种用于存储器或存内计算的阵列单元结构，还可以具有这样的特征，其中，其中，具有电阻变化特性器件为阻变器件、磁性通道结器件、二维器件或浮栅类器件。