[发明专利]一种基于自旋磁存储器的数据运算方法

说明书

本发明公开了一种基于自旋磁存储器的数据运算方法，首先通过该存算一体装置可以在由自旋磁存储器组成的自旋存算阵列模块中直接进行数据的计算，减少了数据在存储器和运算器之间的传输，在降低系统功耗的同时，可以提高系统的运算速度，进而提高了计算体系的性能，另外，本发明中行列译码器单元对自旋磁存储器进行单个选通或多行选通，能进一步提高计算速度，进而提高装置整体的实用性。

技术领域

本发明涉及自旋电子技术领域，更具体的说是涉及一种基于自旋磁存储器的数据运算方法。

背景技术

随着大数据、物联网与人工智能等应用的蓬勃发展，产生了海量非结构化数据，伴生了对这些数据高效能处理需求的急剧增长。在当前的基于传统的冯诺依曼计算体系架构中，计算器和存储器是分离的，通过数据总线进行数据传输，但是，随着大数据应用的兴起，海量数据的传输与处理使得传统冯诺依曼计算体系结构面临带宽与功耗的双重挑战，分别称为存储墙与功耗墙问题。

为了解决这两个难题，近年来，受到人脑中突触能同时进行记忆和计算的启发，计算机架构中的存算一体(Processing-In-Memory,PIM)技术开始得到人们的广泛研究。目前大部分研究工作仍然基于传统易失性存储技术，如DRAM和SRAM等。但是，一方面，易失性存储器由于其数据不能在断电情况下保存，仍然需要在内存与外部非易失性存储器(如磁盘、固态硬盘等)之间进行频繁的数据迁移，因此冯诺依曼瓶颈并没有完全消除。另一方面，传统内存技术本身不具备计算能力，需要额外集成逻辑计算单元，因此制造成本较高，处理能力较弱。此外，传统存储器的存储单元面积较大，计算单元要求的高性能与内存单元要求的高密度难以在同一个芯片中同时满足，芯片设计复杂度和制造成本都相当高。

因此，如何设计出一种能完全消除冯诺依曼瓶颈的数据运算方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于自旋磁存储器的数据运算方法，目的在于通过实现基于自旋存算阵列模块的存算一体化，从而减少数据在存储器和运算器之间的数据迁移，降低系统功耗的同时，可以提高系统的运算速度，解决冯诺依曼瓶颈带来的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自旋存算阵列模块，包括：N个自旋存算单元，单个所述自旋存算单元包括至少一个自旋磁存储器和至少一个晶体管；所述自旋磁存储器包括MRAM存储器；

所述自旋存算单元呈阵列分布，每列的所述自旋存算单元由至少一条位线、至少一条源极线和N条字线控制，其中晶体管的源极与所述自旋磁存储器相连，所述自旋存储器与源极线相连，所述晶体管的栅极与字线相连，所述晶体管的漏极与所述位线相连。

一种存算一体装置，包括辅助模块和自旋存算阵列模块，所述辅助模块包括计算辅助单元；

所述计算辅助单元位于所述自旋存算阵列模块每一列的末端，包括两条平行的电压控制线，并分别与所述自旋存算阵列模块一列的位线和源极线相连；

所述计算辅助单元还包括N+1条平行的计算控制线，所述计算控制线与所述电压控制线垂直交叉分布；每条所述计算控制线还连接一个储存电容，分别为C₀-C_N，，均与所述自旋存算单元的源极线相连并接地，用于保存临时数据；每条所述计算控制线还连接一个控制开关，所述控制开关分别为S_M0-S_MN，并分别设置于所述储存电容与电压源VDD之间，用于控制待处理数据的引入；每两条所述计算控制线之间设置控制开关，分别为S_D1-S_DN，用于控制相邻计算控制线之间的分压；

所述计算辅助单元还包括总开关S₀，设置于所述自旋存算单元的位线与所述计算辅助单元之间，用于控制计算辅助单元的开启或关闭。

优选的，所述一种存算一体装置还包括控制模块；