[发明专利]用于产生积项和的装置及其操作方法

说明书

一种用于产生积项和的装置，包括可变电阻单元的一阵列、m个输入驱动器、n个行驱动器、以及电压感测电路。阵列中的各个可变电阻单元包括并联连接的一晶体管以及一可编程电阻器，阵列包括n个单元行，n个单元行包括串联连接的单元串以及m个单元列。m个输入驱动器耦接m个单元列中的对应单元列，m个输入驱动器选择性地施加输入Xsubgt;m/subgt;至m个单元列。n个行驱动器将电流Isubgt;n/subgt;施加到n个单元行中的对应单元行。电压感测电路操作地耦接至n个单元行。

技术领域

本发明关于一种可用于执行或支持积项和(sum-of-products)操作的电路。

背景技术

在类神经型态(neuromorphic)计算系统中，机器学习系统和基于线性代数的一些计算类型的电路，积项和函数可以是重要的组成部分。该功能可以表示如下：

在该表达式中，每个乘积项是可变输入X_i和权重W_i的乘积。权重W_i可以通过不同的术语来表示，例如对应于可变输入X_i的系数。

积项和函数可以被实现为使用交叉点阵列(cross-point array)架构的电路操作，其中阵列单元的电气特性可实现该功能。

为实现高速运算，需通过相当大的阵列以并行地执行许多操作，或者是执行相当大的积项和序列。在这些系统中，可能有大量的输入和输出，因此总电流消耗可能非常大。

本揭露希望提供适用于实现大阵列的积项和函数的结构，并可更加地高效节能。

发明内容

本揭露描述一种包括可变电阻单元阵列的装置，其中阵列中的可变电阻单元包括并联连接的晶体管和可编程电阻器。此装置可以被操作，使得施加到晶体管的输入电压和可编程电阻器的电阻值可用来表示积项和操作(sum-of-products operation)的输入及权重变量。在此描述的实施例中，每个可变电阻单元的可变电阻值作为一函数，此函数是施加到单元中的晶体管的栅极的电压、晶体管的阈值以及可编程电阻器的电阻值的函数。在一些实施例中，可编程电阻器为一次性可编程(one-time programmable)，或在装置制造期间随着变异电阻可编程，使得可变电阻单元的电阻在整个阵列中有所变化。在一些实施例中，可编程电阻器可编程好几次，而能够在装置的设定期间或操作期间，随着系统中的变异电阻编程。

在一些实施例中，装置包括电压感测放大器，其用以感测由可变电阻单元产生的电压，作为施加电流和可变电阻单元的电阻的函数。通过这种方式，用以产生积项和结果的电流的大小可以被限制或固定，从而降低功耗。

阵列可通过由一个晶体管和一个电阻器(1T-1R)组成的单元来实现。此外，本文描述的实施例中，针对通过电压感测进行积项和操作的紧密电路布局，可以将电阻器实现成一埋设注入(buried implant)电阻器，此电阻器位在单一个可变阈值晶体管的布局占用区(footprint)当中，并实际上制造出单一晶体管(1T)单元的阵列。

实施例描述了阵列中的可变电阻单元被配置在串联连接的可变电阻单元的多个串中。多个字线可耦接到串联连接的可变电阻单元的串。字线驱动器连接到多个字线以将可变栅极电压施加到可变电阻单元中的晶体管。

本揭露描述一种用于产生积项和的装置，此装置包括一可变电阻单元阵列，其中各个可变电阻单元包括一晶体管及并联连接的一可编程电阻器。此阵列包括n行(column)包括串联单元串的单元以及m个单元列(row)。在此实施例中，装置包括m个输入驱动器，输入驱动器耦接到m个单元列中相应的一单元列。输入驱动器选择性地将输入X_m施加至列m。此实施例的装置亦可包括n个行驱动器。行驱动器将电流I_n施加至n个单元行中的对应单元行。此装置包括电压感测电路，电压感测电路可操作地耦接至n个单元行。