计算机工程与科学

作者：胡钇宏, 马德胜, 许诺, 王文清, 黄成龙, 方粮

单位：（1.国防科技大学计算机学院，湖南 长沙 410073；2.数学工程与先进计算国家重点实验室，江苏 无锡 214000）的映射，并支持最少操作步骤条件下占用最

关键词：忆阻器,存内计算,三维阵列,状态逻辑,综合,映射,

基金：国家自然科学基金（62202483,61832007）；湖南省自然科学基金（2022JJ40563）；国防科技大学自主创新科学基金（22-ZZCX-046）；国防科技大学校科研项目（ZK20-02）

基于忆阻存储阵列的状态逻辑电路是打破“冯·诺依曼瓶颈”，实现存内计算的有效途径。然而，目前针对存内状态逻辑电路的研究多以二维忆阻存储阵列为基础平台，缺少对更复杂的三维忆阻存储阵列中状态逻辑实现的讨论。相比于平面二维阵列，三维忆阻存储阵列拥有更大的存储密度和更丰富的器件连接关系，能对状态逻辑门的构建提供更灵活的配型方法。因此，有必要对状态逻辑门在三维存储阵列中的配型和级联过程进行专门讨论。立足平面堆叠型三维忆阻存储阵列，从基本状态逻辑门的实现以及支持级联的综合映射方法2个方面对复杂状态逻辑计算过程实现进行研究。首先，分析并总结了平面堆叠型三维忆阻存储阵列中器件的连接关系，并据此得出实现两输入布尔逻辑的状态逻辑门配型要求。其次，提出一种复合状态逻辑门，通过将逻辑输入与逻辑输出共享同一个忆阻器，来一步实现复杂逻辑功能（例如，定义为ONOR），节省复杂状态逻辑计算过程的步骤与器件数目。最后，还给出了基于三维忆阻存储阵列中复杂状态逻辑计算实现的自动化综合映射方法。对LGsynth91基准的测试结果表明，与当前二维阵列中的最优映射结果相比，提出的基于三维忆阻存储阵列的综合映射方法实现了层间的逻辑计算，并且节省了41.1%的阵列使用面积。在引入ONOR复合门之后，完成计算需要的逻辑操作步骤、忆阻器数目、阵列使用面积分别进一步降低了8.6%,18.8%和50.5%。

来源：2023年第3期

《计算机工程与科学》期刊编辑部

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