[发明专利]自旋轨道矩磁随机存储单元、阵列及汉明距离计算方法

说明书

本公开提供了一种自旋轨道矩磁随机存储单元、阵列及汉明距离计算方法，其自旋轨道矩磁随机存储单元包括：磁隧道结、第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管的漏极端与磁隧道结的底部连接，第二晶体管的漏极端与磁隧道结的顶部连接。本公开在全电场条件下实现无外磁场确定性自旋磁化翻转，同时具有利用非极性电流控制阻态变化的特性，自旋轨道矩磁随机存储单元构成的阵列可在外围电路控制下，实现存算一体的异或逻辑，进而可用于可重构高并行计算的硬件实现中，如存内的汉明权重以及汉明距离运算。

技术领域

本公开涉及集成电路领域，尤其涉及一种自旋轨道矩磁随机存储单元、阵列及汉明距离计算方法。

背景技术

汉明权重定义为二进制字符串中非零字符的数目，汉明距离定义为两个等长二进制字符串之间，对应位置的不同字符的个数，其在图像识别、信息编码以及信息安全领域有着广泛的应用。

而在数据处理需求量日益加大，处理速度要求日益提高的信息化时代中，基于“冯诺依曼”架构的计算系统的发展，日益受到内存与处理器速度差距导致的“内存墙”问题，限制数据处理速度与带宽的进一步提升。

本领域技术人员亟需研发一种利于突破内存墙限制的基于非易失存储器设计的存算一体架构，以提升信息处理能力。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种自旋轨道矩磁随机存储单元、阵列及汉明距离计算方法，以解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种自旋轨道矩磁随机存储单元，包括：磁隧道结、第一晶体管和第二晶体管；所述第一晶体管的漏极端与所述磁隧道结的底部连接；所述第二晶体管的漏极端与所述磁隧道结的顶部连接。

在本公开的一些实施例中，所述磁隧道结自下而上包括：自旋轨道耦合层、铁磁自由层、隧穿层、铁磁参考层、顶电极层；

所述第一晶体管的漏极端与所述自旋轨道耦合层连接，所述第二晶体管的漏极端与所述顶电极层连接。

在本公开的一些实施例中，所述铁磁自由层与所述铁磁参考层均为垂直各项异性的磁性材料，所述垂直各项异性的磁性材料为CoFeB、Co₂FeAl、Co、CoFe、Fe3GeTe₂和Ni₃GeTe₂中任一种。

在本公开的一些实施例中，所述自旋轨道耦合层和所述铁磁自由层间的反对称交换作用系数为0.1-1mJ/m²。

根据本公开的一个方面，还提供了一种自旋轨道矩磁随机存储阵列，包括：m条写字线、m条读字线、n条写位线、n条读位线、n条源线以及m行n列存储单元，其中，所述存储单元为如上所述的自旋轨道矩磁随机存储单元，m和n为正整数；

位于同一列的每个所述存储单元连接同一条写位线，位于同一列的每个所述存储单元连接同一条读位线，位于同一列的每个所述存储单元连接同一条源线；

位于同一行的每个所述存储单元连接同一条写字线，位于同一行的每个所述存储单元连接同一条读字线。

根据本公开的一个方面，还提供了一种基于如上所述的自旋轨道矩磁随机存储阵列的汉明距离计算方法，包括：

开启所述第二晶体管，注入初始化电流，使所述磁隧道结产生自旋转矩效应，使所述磁隧道结初始化为高阻态；

第一二进制字符串信息和第二二进制字符串信息分别被编码于所述写位线与所述源线，开启第一晶体管，对所述第一二进制字符串信息和所述第二二进制字符串信息进行存内异或运算，并将存内异或运算结果存储在所述自旋轨道矩磁随机存储阵列中；