数据保持电路、数据处理系统和写入充电状态的方法技术方案

一种非易失性数据保持电路包括：互补锁存器，被配置为当处于写入模式时，生成并存储对应于输入信号的互补非易失性自旋状态，并且当处于读取模式时，同时生成对应于互补非易失性自旋状态的第一充电电流信号和第二充电电流信号；以及差分放大器，耦合到互补锁存器，并被配置为基于第一充电电流信号和第二充电电流信号来生成输出信号。

【技术实现步骤摘要】
数据保持电路、数据处理系统和写入充电状态的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2019年3月1日提交的美国非临时专利申请No.16/290,715的权益和优先权，其全部内容通过引用结合于此。本申请还与2017年10月31日发布的美国专利No.9,805,795(“ZEROLEAKAGE,HIGHNOISEMARGINCOUPLEDGIANTSPINHALLBASED(基于零泄漏、高噪声容限耦合的巨自旋霍尔)”)和2018年1月2日发布的美国专利No.9,858,975(“ZEROTRANSISTORTRANSVERSECURRENTBI-DIRECTIONALBITCELL(零晶体管横向电流双向位单元)”)有关，其全部内容通过引用结合于此。
本专利技术的各方面涉及数据保持和处理器件的领域。
技术介绍
近年来，场神经形态计算已经尝试使用模拟、数字和/或混合模式电子和软件系统来模仿神经系统中的神经生物架构，其负责感知、运动控制、感觉统合等。作为神经形态计算的硬件实施方式的神经形态芯片包括多个神经形态单元，其中该多个神经形态单元通过在一系列电脉冲(burst)中编码和传送数据来模拟大脑中的突触。这与通常具有用于处理数据的、在中央处理单元(CPU)和存储器芯片之间来回发送信息的线性架构的现有计算机形成对比。虽然神经形态芯片可能不如通用芯片强大或灵活，但是神经形态芯片可以专用于以比通用芯片更快和更节能的方式执行特定任务。神经形态芯片及其组成神经形态单元是机器学习和人工智能领域的研究热点。在神经形态单元中，信息以存储在一个或多个存储器单元中的权重值的形式被学习。该信息可以以互补形式而存储，并且被差分地读取，以最小化或减小噪声。然而，存储互补信息可能增加神经形态单元的面积和功耗，并因此增加神经形态芯片的面积和功耗。该
技术介绍
部分中公开的以上信息仅用于增强对本专利技术的背景的理解，因此它可以包含不形成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术的实施例的一方面针对一种具有差分读取电路的紧凑单元，其可以用作神经形态权重单元，其中该紧凑单元包括具有两个同时编程的电阻Rp和Rn的耦合的巨自旋霍尔锁存器(CoupledGiantSpinHallLatch，CGSHL)、电流镜和差分放大器。本专利技术的一些实施例利用基于巨自旋霍尔的器件的唯一属性，其中该器件可以用来同时写入0/1或1/0位对，从而自动创建权重值的副本。因此，本专利技术的一些实施例节省了面积和电力，并且在密集神经形态电路实施方式中可以非常有用。根据本专利技术的一些实施例，提供了一种非易失性数据保持电路，包括：互补锁存器，被配置为当处于写入模式时，生成并存储对应于输入信号的互补非易失性自旋状态，以及当处于读取模式时，同时生成对应于互补非易失性自旋状态的第一充电电流信号和第二充电电流信号；以及差分放大器，耦合到互补锁存器，并被配置为基于第一充电电流信号和第二充电电流信号来生成输出信号。在一些实施例中，非易失性数据保持电路还包括：电流镜，耦合在互补锁存器与差分放大器之间，并且被配置为接收第二充电电流信号并向差分放大器供应反向电流信号，该反向电流信号具有与第二充电电流信号的极性相反的极性。在一些实施例中，差分放大器是电流感测放大器。在一些实施例中，互补锁存器包括：巨自旋霍尔金属，被配置为通过对应于输入信号的充电电流信号；第一自旋转移扭矩(SpinTransferTorque，STT)堆叠，位于巨自旋霍尔金属的第一侧；以及第二STT堆叠，位于巨自旋霍尔金属的与该第一侧相对的第二侧，其中，第一STT堆叠和第二STT堆叠沿着与巨自旋霍尔金属的延伸方向正交的方向延伸，并且被配置为生成并存储互补非易失性自旋状态。在一些实施例中，响应于流过巨自旋霍尔金属的充电电流信号，第一STT堆叠被配置为展现具有平行配置的磁矩，并且第二STT堆叠被配置为展现具有反平行配置的磁矩，并且其中，第一STT堆叠和第二STT堆叠被配置为即使当没有电力被提供给非易失性数据保持电路时，也维持它们的平行配置和反平行配置。在一些实施例中，第一STT堆叠的平行配置和第二STT堆叠的反平行配置对应于存储在第一STT堆叠和第二STT堆叠中的互补非易失性自旋状态。在一些实施例中，巨自旋霍尔金属包括β钽、铂和/或铜铋。在一些实施例中，第一STT堆叠和第二STT堆叠中的每一个包括：自由层，包括磁性材料，并且被配置为基于巨自旋霍尔效应对与流过巨自旋霍尔金属的充电电流信号相对应的自旋电流信号进行响应，并展现在方向上与自旋电流信号基本正交的自由磁矩；固定层，包括磁性材料，并展现不受从流过巨自旋霍尔金属的充电电流信号产生的杂散场影响的固定磁矩；以及非磁性层，在自由层和固定层之间，并且被配置为将自由层的自由磁矩与固定层的固定磁矩进行磁性隔离，并维持自由磁矩和固定磁矩的任何现有方向性差异。在一些实施例中，响应于流过巨自旋霍尔金属的充电电流信号，第一STT堆叠的自由层被配置为展现与第一STT堆叠的固定层的固定磁矩平行的第一自由磁矩，并且第二STT堆叠的自由层被配置为展现与第二STT堆叠的固定层的固定磁矩反平行的第二自由磁矩。在一些实施例中，非易失性数据保持电路还包括：第一晶体管，耦合到巨自旋霍尔金属，并被配置为响应于第一选择信号而激活；以及第二晶体管，耦合到巨自旋霍尔金属，并被配置为响应于第二选择信号而激活，其中，当处于写入模式时，第一晶体管和第二晶体管被配置为响应于第一选择信号和第二选择信号而激活并使得充电电流信号能够流过巨自旋霍尔金属，并且其中，当处于读取模式时，第二晶体管被配置为去激活，并且第一晶体管被配置为响应于第一选择信号而激活，并且使得第一充电电流信号能够流过第一STT堆叠并使得第二充电电流信号能够流过第二STT堆叠。在一些实施例中，第一晶体管和第二晶体管耦合到巨自旋霍尔金属的相对端，并且第二晶体管被配置为响应于第二选择信号将巨自旋霍尔金属电耦合到下拉电阻器。在一些实施例中，差分放大器包括：第一输入端，被配置为从第一STT堆叠接收第一充电电流信号；以及第二输入端，被配置为从第二STT堆叠接收第二充电电流信号。在一些实施例中，非易失性数据保持电路还包括电流镜，耦合在第二STT堆叠与差分放大器之间，并且被配置为接收第二充电电流信号并向差分放大器供应反向电流信号，该反向电流信号具有与第二充电电流信号的极性相反的极性。在一些实施例中，互补锁存器被配置为即使当没有电力被提供给非易失性数据保持电路时，也继续存储互补非易失性自旋状态。在一些实施例中，差分放大器通过第一位线和第二位线而直接耦合到互补锁存器的相对端，并被配置为通过第一位线和第二位线接收第一充电电流信号和第二充电电流信号。根据本专利技术的一些实施例，提供了一种数据处理系统，包括：第一互补锁存器，被配置为当处于写入模式时，生成并存储对应于第一输入信号的第一互补非易失性自旋状态，以及当处于读取模式时，同时生成对应于第一互补非易失性自旋状态的第一充电电流信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非易失性数据保持电路，包括：/n互补锁存器，被配置为当处于写入模式时，生成并存储对应于输入信号的互补非易失性自旋状态，以及当处于读取模式时，同时生成对应于所述互补非易失性自旋状态的第一充电电流信号和第二充电电流信号；以及/n差分放大器，耦合到所述互补锁存器，并被配置为基于所述第一充电电流信号和所述第二充电电流信号来生成输出信号。/n

【技术特征摘要】
20190301 US 16/290,7151.一种非易失性数据保持电路，包括：
互补锁存器，被配置为当处于写入模式时，生成并存储对应于输入信号的互补非易失性自旋状态，以及当处于读取模式时，同时生成对应于所述互补非易失性自旋状态的第一充电电流信号和第二充电电流信号；以及
差分放大器，耦合到所述互补锁存器，并被配置为基于所述第一充电电流信号和所述第二充电电流信号来生成输出信号。


2.根据权利要求1所述的非易失性数据保持电路，还包括：
电流镜，耦合在所述互补锁存器与所述差分放大器之间，并且被配置为接收所述第二充电电流信号并向所述差分放大器供应反向电流信号，所述反向电流信号具有与所述第二充电电流信号的极性相反的极性。


3.根据权利要求1所述的非易失性数据保持电路，其中，所述差分放大器是电流感测放大器。


4.根据权利要求1所述的非易失性数据保持电路，其中，所述互补锁存器包括：
巨自旋霍尔金属，被配置为通过对应于所述输入信号的充电电流信号；
第一自旋转移扭矩(STT)堆叠，位于所述巨自旋霍尔金属的第一侧；以及
第二STT堆叠，位于所述巨自旋霍尔金属的与所述第一侧相对的第二侧，
其中，所述第一STT堆叠和所述第二STT堆叠沿着与所述巨自旋霍尔金属的延伸方向正交的方向延伸，并且被配置为生成并存储所述互补非易失性自旋状态。


5.根据权利要求4所述的非易失性数据保持电路，其中，响应于流过所述巨自旋霍尔金属的所述充电电流信号，所述第一STT堆叠被配置为展现具有平行配置的磁矩，并且所述第二STT堆叠被配置为展现具有反平行配置的磁矩，并且
其中，所述第一STT堆叠和所述第二STT堆叠被配置为即使当没有电力被提供给所述非易失性数据保持电路时，也维持它们的平行配置和反平行配置。


6.根据权利要求5所述的非易失性数据保持电路，其中，所述第一STT堆叠的平行配置和所述第二STT堆叠的反平行配置对应于存储在所述第一STT堆叠和所述第二STT堆叠中的所述互补非易失性自旋状态。


7.根据权利要求4所述的非易失性数据保持电路，其中，所述巨自旋霍尔金属包括β钽、铂和/或铜铋。


8.根据权利要求4所述的非易失性数据保持电路，其中，所述第一STT堆叠和所述第二STT堆叠中的每一个包括：
自由层，包括磁性材料，并且被配置为基于巨自旋霍尔效应对与流过所述巨自旋霍尔金属的所述充电电流信号相对应的自旋电流信号进行响应，并展现在方向上与所述自旋电流信号基本正交的自由磁矩；
固定层，包括磁性材料，并展现不受从流过所述巨自旋霍尔金属的所述充电电流信号产生的杂散场影响的固定磁矩；以及
非磁性层，在所述自由层和所述固定层之间，并且被配置为将所述自由层的自由磁矩与所述固定层的固定磁矩进行磁性隔离，并维持所述自由磁矩和所述固定磁矩的任何现有方向性差异。


9.根据权利要求8所述的非易失性数据保持电路，其中，响应于流过所述巨自旋霍尔金属的所述充电电流信号，所述第一STT堆叠的自由层被配置为展现与所述第一STT堆叠的固定层的固定磁矩平行的第一自由磁矩，并且所述第二STT堆叠的自由层被配置为展现与所述第二STT堆叠的固定层的固定磁矩反平行的第二自由磁矩。


10.根据权利要求4所述的非易失性数据保持电路，还包括：
第一晶体管，耦合到所述巨自旋霍尔金属，并被配置为响应于第一选择信号而激活；以及
第二晶体管，耦合到所述巨自旋霍尔金属，并被配置为响应于第二选择信号而激活，
其中，当处于写入模式时，所述第一晶体管和所述第二晶体管被配置为响应于所述第一选择信号和所述第二选择信号而激活并使得所述充电电流信号能够流过所述巨自旋霍尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：T拉克希特，R哈彻，JA基特尔，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR