科研进展简报

缪向水教授团队在非易失性计算技术领域获进展

来源:武汉光电国家实验室(筹)    作者:    发布时间:2017年06月09日

    5月25日,《纳米尺度》(Nanoscale)以内封面论文形式在线刊登了缪向水教授团队关于非易失性忆阻器计算技术的研究成果。该封面以《在二氧化铪存储器阵列中实现非易失性可重构时序逻辑》(Nonvolatile reconfigurable sequential logic in a HfO2 resistive random access memory array)为题,报道了在忆阻器规模阵列中实现可重构逻辑功能的新方案。缪向水团队与台湾中山大学张鼎张教授团队合作完成了本项研究,2014级博士研究生周亚雄、李祎讲师为本文共同第一作者,缪向水教授和张鼎张教授(我校客座教授)为论文共同作者。

    忆阻器,是电阻、电容、电感之外的第4种电路基本元件,具有高速、低功耗、高集成度、兼具信息存储与计算功能等特点,被认为是“后摩尔时代”最具潜力实现存储与逻辑运算一体化的信息器件,其发展将推动逻辑运算理论与计算体系结构的全面变革,为从根基上颠覆传统冯·诺依曼计算架构奠定器件基础。然而目前忆阻逻辑运算的物理原理和高效算法研究尚不完善。缪向水团队探索了忆阻器阵列中逻辑迭代、状态转换与级联,为非易失性忆阻逻辑的阵列化并行计算提供了可行方案。研究中利用交叉阵列中最常见的单个双极性器件和互补式拓扑结构,在同一单元中实现了基本布尔逻辑,并提出了全加器实现方案。相较于传统可重构逻辑电路,忆阻逻辑功能进行重构时,无需进行硬件连接的改变,而只需通过控制信号的调控,颇具潜力成为未来高性能并行计算的方案之一。


  近年来,围绕存储与计算高效融合的这一重要科学命题,由缪向水教授领衔的信息存储材料及器件研究团队展开了系统研究。团队在基于硫系化合物相变、磁电耦合效应、金属离子迁移等物理机制的新原理非易失逻辑计算方面取得了一系列研究成果,提出了一种基于四数学变量的通用逻辑算法,并在双极性、互补式、1T1R忆阻器中获得了实验验证,与现阶段相关国际报道文献相比,其计算复杂度最优,且兼容高密度阵列集成方案。原创性成果先后在国际著名期刊ACS Applied Materials & Interfaces (8, 34559–34567, 2016)、IEEE Electron Device Letters (38, 1-4, 2017)、Applied Physics Letters (109, 023506, 2016, 106, 233502, 2015)、Journal of Applied Physics (114, 234503, 2013) 等发表。在长期深入的研究和取得系列重大成果的基础上,团队撰写了我国第一本中文忆阻器专著《忆阻器导论》,目前已由科学出版社出版。


  相关研究先后获得国家自然基金委面上项目、青年项目、重点项目、国家重点研发计划项目、国家863主题项目、国家国际合作项目、国家02重大专项的支持。