[发明专利]一种面向存内计算的存储器阻值校准方法

说明书

本发明公开了一种面向存内计算的存储器阻值校准方法，属于半导体和存内计算技术领域。该方法利用存内计算网络的特性，针对新型存储器器件的两种不同电阻变化特性，设置参考列器件全部为HRS或LRS时，在工作列输出电流中减去大部分来自于HRS或LRS的误差电流，得到校正电流，再通过参考电阻最终输出矫正后的电压信号。利用本发明提供的方法，将不同阻值‑温度关系的新型存储器交叉点阵中器件的阻值得到矫正，从而保障基于新型存储器的存内计算芯片在广泛环境温度下的性能。

技术领域

本发明属于半导体(semiconductor)和存内计算(in-memory computing)技术领域，具体涉及一种专门设计的新型存储器交叉点阵外部阻值矫正方法。

背景技术

随着现代社会智能化进程逐步推进，许多基于存内计算的应用出现在人们身边，在很多生产生活环境中都能看到这样的应用出现，例如在汽车上有智能摄像头获取路况并进行辅助驾驶，在室外有许多的人脸识别、语音识别等装置方便人们生活，也有许多集中的机房进行大规模的神经网络运算以研究各种问题。当前已经出现了许多专门用于加速存内计算的芯片，使用各种新兴存储器的存内计算芯片也正在研究，例如基于阻变存储器(RRAM)、相变存储器(PCM)和电化学存储器(ECRAM)等新型存储器的存内计算芯片。这些新型存储器器件本身具有非挥发性存储的能力，用于存内计算应用时更能够发挥自己存算一体的优势，且相比于传统的金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件，它们通常具有集成密度高、单位功耗小等优点。因此它们在应用于存内计算芯片时，相对基于MOSFET制备的传统芯片有着更优良的算力和能效比。

但是在这一类基于新型存储器件的存内计算芯片实际应用在人们生产生活中时，会面临实际使用温度范围较广的问题。这一类器件通常采用欧姆定律和基尔霍夫定律结合的方式来实现存内计算中核心的矩阵向量积问题，因此基于这一类器件的存内计算芯片性能会受到器件的阻值的影响。新型存储器的阻值通常会受到温度的影响，而它们的目标工作环境并不总是在室温中，例如在车载环境和机房环境中，芯片工作环境温度通常比较高，冬天室外、南北极、外太空等环境中，工作环境温度就比较低，许多智能设备处在这样的环境中，会导致其性能退化甚至失效。

一些新型存储器件自身固有的特殊阻值-温度变化特征给这一问题的解决带来了新的挑战。例如阻变存储器，当它处于高阻值状态(HRS)时，其导电机制接近半导体的导电机制，器件的阻值随着温度升高而升高，当它处于低阻值状态(LRS)时，其导电机制接近金属的导电机制，器件的阻值随着温度升高而降低。当一个阻变存储器阵列被用作存内计算网络中的权值矩阵存储时，它内部器件所处的阻值状态是难以预计的，因此外部环境的温度变化，会对这样的一个阵列阻值的矫正提出额外的挑战。如果能够解决这个问题，则能够推动基于新型存储器件的存内计算芯片的发展，从而进一步推动现代社会的智能化转型。

发明内容

本发明提出了一种应用于新型存储器交叉点阵外部的阻值矫正方法，使得不同阻值-温度关系的新型存储器交叉点阵中器件的阻值得到矫正，从而保障基于新型存储器的存内计算芯片在广泛环境温度下的性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种面向存内计算的存储器阻值校准方法，其步骤包括：

1)在存储器构成的交叉点阵中，设置一列器件为参考列，参考列中的全部器件都设置为高阻值状态HRS或者低阻值状态LRS，存储器交叉点阵中开启工作的一列或多列器件定义为工作列，工作列和参考列的全部器件同时开启；

2)在工作列和参考列的末端分别连接一钳位电路，用于将工作列和参考列上的电位钳位在参考电压V_ref；

3)采用电流镜对参考列中输出的电流进行缩放，电流镜的输入是参考列的输出电流，电流镜的输出与工作列的输出相连，将工作列输出的电流减去参考列的输出电流，完成第一级校正，得到校正电流；