[发明专利]一种提升基于忆阻器的存内逻辑计算效率的方法

说明书

本发明公开了一种提升基于忆阻器的存内逻辑计算效率的方法，结合IMPLY逻辑家族和MAGIC逻辑家族，通过同时利用两个逻辑家族的优势以降低存内计算的时延和硬件资源开销。首先用忆阻器交叉开关阵列中的忆阻器单元来代替IMPLY逻辑家族门所需要的外部电阻和优化MAGIC逻辑家族门的设计；然后，分析了改进的IMPLY逻辑家族门和MAGIC逻辑家族门在同一个忆阻器交叉开关阵列中的兼容性；最后提出一种结合两个逻辑家族的优化映射方法。本发明操作简单，实用性强，可以提高忆阻器存内逻辑计算的效率。

技术领域

本发明属于新器件忆阻器领域，具体涉及一种提升基于忆阻器的存内逻辑计算效率的方法。

背景技术

近来，基于忆阻器的内存计算备受关注。通过将忆阻器器件的可存储性和可计算性结合在一起，基于忆阻器的内存计算可以突破所谓的冯-诺依曼瓶颈。内存中逻辑(LIM)的目的是在内存中实现任何计算任务。IMPLY系列是LIM中最早出现的有状态逻辑系列。IMPLY系列门需要两个忆阻器单元和一个外部电阻，可以在一个时钟周期内执行运算。然而，IMPLY系列门的输出会覆盖其中一个输入，这使得多级串门变得困难。有研究者提出了MAGIC系列门，它使用一个额外的忆阻器单元来专门存储计算结果，因此完全避免了输入被覆盖的问题。然而，相比IMPLY系列门，MAGIC系列门需要多一个忆阻器单元，并且需要额外的一个时钟周期进行初始化。这两个系列有各自的优点和缺点。目前，很少有工作将这两个系列的门一起结合在同一个忆阻器交叉开关阵列中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提升基于忆阻器的存内逻辑计算效率的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种通过在同一个忆阻器交叉开关阵列中同时使用IMPLY系列门和MAGIC系列门来提高忆阻器存内逻辑计算效率的方法，包括以下步骤：

步骤1、分别对IMPLY逻辑家族门和MAGIC逻辑家族门进行优化，分析优化后的IMPLY逻辑家族门和优化后的MAGIC逻辑家族门在同一个忆阻器交叉开关阵列中的兼容性，得到兼容的IMPLY逻辑家族门和MAGIC逻辑家族门列表，转入步骤2。

步骤2、根据得到兼容的IMPLY逻辑家族门和MAGIC逻辑家族门列表中的逻辑门，分别将每一种逻辑门和NOT门组成单元库，分别使用每一个单元库与给定的功能电路综合生成门级网表，从生成的门级网表中选择最优的门级网表，转入步骤3。

步骤3、基于上述两个优化后的逻辑家族门的特点，通过对传统映射方法进行改进，将最优的门级网表映射到忆阻器交叉开关阵列，进而提升了存内逻辑计算效率。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)通过同时使用IMPLY系列门和MAGIC系列门减少了计算时延和所要的硬件资源，因此提高了忆阻器存内计算的效率。

(2)通过同时使用IMPLY系列门和MAGIC系列门减少了对忆阻器单元的读写次数，因此提高了忆阻器计算系统的使用寿命。

附图说明

图1为本发明忆阻器存内逻辑运算效率提高方法的流程图。

图2是改进了的IMPLY逻辑家族门和MAGIC逻辑家族门的设计的示意图，其中图(a)为改进的IMPLY逻辑家族门示意图，图(b)为改进的MAGIC逻辑家族门示意图。

图3为展示所提出的方法相比已有方法在忆阻器资源使用方面的提升对比图。

图4为展示所提出的方法相比已有方法在时延方面的提升对比图。

图5为展示所提出的方法相比已有方法在忆阻器使用寿命方面的提升对比图。

具体实施方式