[发明专利]存储器系统和存储器阵列的操作方法

说明书

提供了存储器系统和存储器阵列的操作方法。用于执行存储器中计算(CiM)操作的存储器系统包括存储器阵列和处理电路。存储器阵列包括多个存储器单元。处理电路耦合到存储器阵列，并且包括编程电路和控制电路。编程电路耦合到存储器阵列，并且被配置为执行用于编程存储器单元的电特性的写入操作。控制电路耦合到编程电路，并且被配置为：接收对应于多个权重值的多个权重数据；以及控制由编程电路执行的写入操作，从而按照权重值的序列顺序对存储器单元的电特性进行编程。

技术领域

本申请的实施例涉及存储器系统和存储器阵列的操作方法。

背景技术

实施高性能计算(HPC)，诸如人工智能(AI)、深度学习(DL)、机器学习(ML)、增强学习等，通常涉及大量矩阵乘法，矩阵乘法的速度受到存储器存取速度的限制，这也被称为冯·诺伊曼瓶颈。鉴于这种速度限制，存储器中计算(CiM)体系结构已经引起了人们的关注，因为它有可能突破当前计算体系结构中的冯·诺伊曼瓶颈。

发明内容

根据本申请的实施例的一个方面，提供了用于执行存储器计算(CiM)操作的存储器系统，存储器系统包括存储器阵列和处理电路。存储器阵列包括多个存储器单元。处理电路耦合到存储器阵列。处理电路包括编程电路和控制电路。编程电路耦合到存储器阵列，并且被配置为执行用于编程存储器单元的电特性的写入操作。控制电路耦合到编程电路并且被配置为：接收对应于多个权重值的多个权重数据；以及控制由编程电路执行的写入操作，从而按照权重值的序列顺序对存储器单元的电特性进行编程。

根据本申请的实施例的另一个方面，提供了用于执行存储器计算(CiM)操作的存储器系统，存储器系统包括存储器阵列和处理电路。存储器阵列包括多个存储器单元，多个存储器单元分别储存与多个权重值对应的多个权重数据。多个权重数据是有符号数字。存储器单元耦合到位线并且分别由多个字线控制。处理电路耦合到存储器阵列。处理电路包括控制电路、读出电路和移位转换器。控制电路耦合到编程电路并且被配置为：接收对应于多个输入值的多个输入数据；以及根据多个输入数据分别控制字线上的电压，从而控制每个存储器单元被启用或禁用。读出电路耦合到位线，并且被配置为执行读取操作以读取启用的存储器单元的电特性并生成第一求和结果，其中，第一求和结果是基于无符号数据的。移位转换器耦合到读出电路，并且被配置为通过使用二的补码表示法对第一求和结果进行编码来生成有符号求和结果。

根据本申请的实施例的一个方面，提供了一种用于操作存储器阵列的操作方法。存储器阵列包括多个存储器单元，多个存储器单元分别储存对应于多个权重值的多个权重数据，存储器单元耦合到位线，并分别由多个字线控制。操作方法包括：根据多个输入数据分别控制字线上的电压，从而控制每个存储器单元被启用或禁用；执行读取操作以读取启用的存储器单元的电特性并且生成第一求和结果，其中，第一求和结果是无符号数据；以及通过使用二的补码表示法对第一求和结果进行编码来生成有符号求和结果。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1示出了根据一些实施例的存储器系统的示意框图。

图2A示出了根据一些实施例的当权重数据分别为无符号和有符号数字时对多阶单元(MLC)的编程操作的表。

图2B示出了根据一些实施例的当权重数据分别为无符号和有符号数字时对三阶单元(TLC)的编程操作的表。

图3A示出了根据一些实施例的当权重数据分别为无符号和有符号数字时对MLC执行的读取操作的表。

图3B示出了根据一些实施例的当对储存有符号数字的权重数据的MLC执行读取操作时由读出电路执行的数据转换。

图3C示出了根据一些实施例的当权重数据分别为无符号数字和有符号数字时对TLC执行读取操作的表。