[发明专利]非易失静态随机存取存储器

说明书

本公开涉及一种非易失静态随机存取存储器，所述存储器包括：多个存储模块，每个存储模块均包括开关单元、存储单元及备份重载单元，所述存储单元用于执行静态随机存取操作；所述备份重载单元包括两个晶体管、且其中一个晶体管为铁电场效应晶体管，所述备份重载单元用于在所述存储器掉电时执行数据备份操作，并在所述存储器上电时执行数据重载操作；控制模块，用于控制所述开关单元、所述备份重载单元中的晶体管，以执行所述静态随机存取操作、所述数据备份操作、所述数据重载操作的至少一种。本公开实施例可以降低晶体管开销，减少存储模块的面积开销，提高存储密度，并可达到飞焦级别的功耗。

技术领域

本公开涉及存储技术领域，尤其涉及一种非易失静态随机存取存储器。

背景技术

在物联网应用中，边缘设备的续航和能耗成为产品的重要衡量指标。一方面，出于对节能的需求，设备可以在非使用情景下处于断电状态，从而减少漏电带来的能量损耗；另一方面，在特定的运行环境下，设备的外部功供能处于不稳定的条件，存在定期断电的可能性。此外，由于面向人工智能、神经网络训练等智能存算的物联网芯片需要对端侧产生的大量数据进行存储与计算，数据在片上计算单元和片下存储单元之间的搬运消耗大量能量，这使得寻求片上存储解决方案成为研究的重点。

片上本地备份的非易失静态随机存取存储器(non-volatile SRAM，简称nvSRAM)电路，可以实现掉电前将存储数据备份，并在重新恢复供电时自动重载进行数据重载功能，保障重要数据掉电不丢失，有效地解决了物联网应用场景下面临的能耗挑战。

位于片上的非易失静态随机存取存储器阵列主要由非易失静态随机存取单元组成。每个单元由两部分组成：静态随机存取单元(SRAM)和非易失存储单元，两个部分通过电气连接的方式形成一个整体单元。在设备供电情况从上电到掉电的过程中，静态随机存取单元的数据通过备份，存储在非易失存储单元中；反之，在设备供电情况从掉电到上电的过程中，非易失存储单元将掉电前备份的数据重载到静态随机存取单元中。

基于不同器件的非易失静态随机存取存储电路设计，以不同的方案和机理实现了就近备份和重载功能。例如：基于RRAM的非易失静态随机存储电路设计(参考论文A.Lee,Meng.Chang,C.Lin,C.Chen,M.Ho,C.Kuo et al.,RRAM-based 7T1R nonvolatile SRAMwith 2x reduction in store energy and 94x reduction in restore energy forfrequent-off instant-on applications,2015Symposium on VLSI Circuits(VLSICircuits),2015,pp.C76-C77.)、基于STT-RAM的非易失静态随机存取存储电路设计(参考论文W.Kang,W.Lv,Y.Zhang and W.Zhao,Low Store Power High-Speed High-DensityNonvolatile SRAM Design With Spin Hall Effect-Driven Magnetic TunnelJunctions,in IEEE Transactions on Nanotechnology,vol.16,no.1,pp.148-154,Jan.2017)、基于PCRAM的非易失静态随机存取存储电路设计(参考论文H.-.P.Wong,S.Raoux,S.Kim,J.Liang,J.Reifenberg,B.Rajendran et al.,Phase Change Memory,in Proceedings of the IEEE,vol.98,no.12,pp.2201-2227,Dec.2010)等等。

基于不同器件的非易失静态随机存取存储阵列，具备不同的性质和性能表现。相对于以上的新型非易失存储器件，铁电晶体管具有低功耗，高开关比，与传统CMOS工艺具有良好的集成性等优势，基于铁电晶体管的非易失静态随机存取存储电路具有更好的读写性能。