【技术实现步骤摘要】
一种基于忆阻器的电压-电阻式可逆逻辑电路及其操作方法
本专利技术属于微电子器件领域，更具体地，涉及一种基于忆阻器的电压-电阻式可逆逻辑电路及其操作方法。
技术介绍
可逆逻辑是实现可逆计算的一种基本方式，由于可逆运算过程不会产生由信息丢失带来的能量损耗问题，在降低计算功耗方面有着不可替代的优势。随着数据量增大，海量数据的处理需要消耗大量的能量，而且边缘计算等技术的兴起，对计算密集型芯片的功耗要求越来越高，在这种背景下，可逆计算有着巨大的应用价值。同时，忆阻器作为一种新型的微电子器件，是一种实现存内计算的核心器件，存内计算有望替代冯·诺依曼结构成为下一代计算机的基本架构。作为一种具有记忆效应的阻变开关，其电阻能够在撤电之后稳定地保持，因此具备天然的非易失特性。除此之外，忆阻器的结构简单、与CMOS工艺兼容、阻变速度快、尺寸小、集成密度高等特点，使其在实现逻辑运算时有着不可比拟的优势。现有的可逆逻辑实现方案除了量子计算外，主要基于CMOS技术，但是其所消耗的硬件资源较多，对于缩小芯片面积不利；在其它领域也有研究，比...
【技术保护点】
1.一种基于忆阻器的电压-电阻式可逆逻辑电路，其特征在于，该电路采用crossbar结构忆阻器阵列，包括字线、位线、忆阻单元和接地电阻，其中忆阻单元用作运算单元，包括输入单元和输出单元；各忆阻单元一端与字线连接，另一端与相应的位线连接，字线另一端与接地电阻连接；/n所述电路中高电平和高阻态被定义为逻辑“1”，低电平和低阻态被定义为逻辑“0”；所述输入单元用于写入参与可逆运算相应的阻态信号，位线用于接收操作电压信号，运算结果以电阻的形式存于输出单元；运算时与输入单元相连的位线上施加参与可逆运算相应的电平信号，与输出单元相连的位线上均施加恒定电压V
【技术特征摘要】
1.一种基于忆阻器的电压-电阻式可逆逻辑电路，其特征在于，该电路采用crossbar结构忆阻器阵列，包括字线、位线、忆阻单元和接地电阻，其中忆阻单元用作运算单元，包括输入单元和输出单元；各忆阻单元一端与字线连接，另一端与相应的位线连接，字线另一端与接地电阻连接；
所述电路中高电平和高阻态被定义为逻辑“1”，低电平和低阻态被定义为逻辑“0”；所述输入单元用于写入参与可逆运算相应的阻态信号，位线用于接收操作电压信号，运算结果以电阻的形式存于输出单元；运算时与输入单元相连的位线上施加参与可逆运算相应的电平信号，与输出单元相连的位线上均施加恒定电压VDD；该电路基于电压-电阻逻辑，使用电压和电阻信号同时参与运算。
2.根据权利要求1所述的电压-电阻式可逆逻辑电路，其特征在于：所述可逆运算包括Feynman门、Toffoli门或Fredkin门。
3.根据权利要求2所述的电压-电阻式可逆逻辑电路，其特征在于：Feynman门的输入为A、B，输出为P、Q，其中P＝A，利用1×3阵列实现；忆阻单元包括第一忆阻(M1)、第二忆阻(M2)、第三忆阻(M3)，其中第一忆阻(M1)作为输入单元，第二忆阻(M2)同时作为输入单元和输出单元，第三忆阻(M3)作为输出单元；第一忆阻(M1)和第二忆阻(M2)中分别写入B和A的值，在位线一、位线二、位线三上分别施加A、B和VDD，结果P存于第二忆阻(M2)，目标运算结果Q存于第三忆阻(M3)。
4.根据权利要求2所述的电压-电阻式可逆逻辑电路，其特征在于：Toffoli门的输入为A、B和控制位C，输出为P、Q、R，其中P＝A，Q＝B，利用1×5阵列实现；忆阻单元包括第一忆阻(M1)、第二忆阻(M2)、第三忆阻(M3)、第四忆阻(M4)、第五忆阻(M5)，其中第一忆阻(M1)、第二忆阻(M2)同时作为输入单元和输出单元，第三忆阻(M3)、第四忆阻(M4)作为输入单元，第五忆阻(M5)作为输出单元，第一忆阻(M1)和第二忆阻(M2)中分别写入A和B的值，第三忆阻(M3)和第四忆阻(M4)写入C；在位线一、位线二、位线三、位线四上同时分别施加运算信号C、A、B，其中C信号占位线一和位线二两条位线，在位线五上施加VDD，结果P、Q分别存于第一忆阻(M1)、第二忆阻(M2)，目标位运算结果R存于第五忆阻(M5)。
5.根据权利要求2所述的电压...
【专利技术属性】
技术研发人员：缪向水，杨岭，李祎，程龙，黄晓弟，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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