存储阵列、存储对象逻辑关系的存储芯片及方法

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存储阵列、存储对象逻辑关系的存储芯片及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体存储集成电路领域,特别是涉及一种存储阵列、存储对象逻辑关系的存储芯片及方法。
【背景技术】
[0002]经过数十年的发展,计算机存储体系已经形成了完善的层级结构,SRAM、DRAM、FLASH、EEPR0M以及磁介质存储等技术根据性能的不同,在层级结构中占据了各自的地位,以保证计算核心能够在高速运行时有足够的数据使用。尽管各种存储介质的性能和存储原理千差万别,但其功能是一致的,那就是将数据存储到指定地址,并保证需要时可以原样读取出来使用。
[0003]随着存储需求的剧烈增长,CPU的处理能力也是随着摩尔定律稳步增强,数据中心的建设规模也是越来越大,从而导致能源使用逐渐成为数据中心最大的支出,另一方面,数据规模的扩大使得从数据中获取有用的信息变得越来越困难。在这一状况下,众多公司和研究人员把注意力集中到大脑的神经网络上。
[0004]人的大脑通过视觉、听觉、触觉等等多种途径每天处理大量的信息,在推理、识别、联想、预测等等方面的能力是计算机系统难以匹敌的,但据估算一个成年人的大脑功耗仅仅只有20W左右,而信息在大脑中的传递速度也仅能达到毫秒量级。如何从人类大脑的工作方式中获得启发,改善计算机体系的运行方式,以达到高效率低功耗运行的目的。
[0005]神经网络计算已经形成了一个非常成熟完善的理论体系,模仿大脑神经网络的并行处理机制,组成多输入多输出系统,通过大量数据的训练使得该系统有越来越准确的预测能力。这一系统起初是在计算机软件中实现,为了提高计算效率,更多的硬件系统利用处理器、FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)等技术实现算法的硬件加速。更进一步的,IBM公司已在多年前启动了人工智能的Watson电脑系统项目,引领了智能处理芯片领域的研发。
[0006]在仿脑或仿神经元网络方向上,存储技术的研究进展相比计算技术要慢得多,人脑记忆的原理与计算机的存储方式相去甚远。其中最根本的区别在于,人脑以对象及对象间的逻辑关系作为主要记忆的内容,而对图像、声音、文字等原始信息数据的记忆能力是很弱的,也因此人脑的思考方式与计算机的计算方式有着巨大的差别。以相变存储技术为代表的新存储技术出现后,特别是新存储技术基于电阻存储,作为非易失存储技术,同时又支持高速的随机访问,敏锐的研究者已经开始试图利用这些新技术制造出更为接近人脑记忆的存储芯片,以期望实现在仿脑或人工智能领域的应用。

【发明内容】

[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种存储阵列、存储对象逻辑关系的存储芯片及方法,用于解决现有技术中存储需求增长的问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种存储阵列,所述存储阵列至少包括:
[0009]具有相同数量且分别位于行方向和列方向的第一引出线和第二引出线,第一引出线及第二引出线分别编号,不同编号的第一引出线和第二引出线之间分别连接一存储单元,相同编号的第一引出线和第二引出线之间分别连接一可控开关;其中,
[0010]所述存储单元包括串联的变阻型二端器件和选通二极管,所述选通二极管由第一引出线向第二引出线正向导通、由第二引出线向第一引出线反向截止;
[0011]所述可控开关在双向截止和由第二引出线向第一引出线单向导通的两种状态间切换。
[0012]优选地,所述变阻型二端器件在电脉冲信号作用下至少能在2种阻值状态间转变。
[0013]优选地,所述变阻型二端器件在电脉冲信号作用下,根据激励电信号的强度、波形不同,阻值可以在最高阻值和最低阻值之间变化,其中,所述最高阻值至少比所述最低阻值高一个数量级。
[0014]为实现上述目的及其他相关目的,本发明还提供一种存储对象逻辑关系的存储芯片,所述存储对象逻辑关系的存储芯片至少包括:
[0015]接口模块、控制模块、驱动模块、第一译码器、第二译码器、以及上述存储阵列;
[0016]所述接口模块用于数据的输入和输出;
[0017]所述控制模块与所述接口模块、所述驱动模块及所述第一译码器相连,获取输入的指令并产生相应的控制信号;
[0018]所述驱动模块与所述控制模块及所述第二译码器相连,根据所述控制模块输出的控制信号产生写电流、擦电流或读电流;
[0019]所述第一译码器与所述控制模块及所述存储阵列的第一引出线相连,受所述控制模块的控制选通相应的第一引出线;
[0020]所述第二译码器与所述驱动模块及所述存储阵列的第二引出线相连,受所述控制模块的控制选通相应的第二引出线;
[0021]所述存储阵列分别连接所述控制模块、所述第一译码器以及所述第二译码器,受所述控制模块的控制关断所有可控开关,并向选通的第一引出线和第二引出线之间的存储单元写入逻辑关系值;或受所述控制模块的控制开启所有可控开关,并从选通的第一引出线和第二引出线之间读出逻辑关系值。
[0022]优选地,选通的第一引出线代表作为条件的第一对象,选通的第二引出线代表作为结果的第二对象,所述逻辑关系值为第一对象成立时直接导致第二对象成立的概率值,相同编号的第一引出线和第二引出线对应同一对象。
[0023]为实现上述目的及其他相关目的,本发明还提供一种存储对象逻辑关系的存储方法,所述存储对象逻辑关系的存储方法采用上述存储阵列,至少包括以下步骤:
[0024]写入操作:
[0025]输入需要写入的信息,包括第一对象,第二对象,以及第一对象和第二对象的逻辑关系值;
[0026]将存储阵列中的可控开关全部关断;
[0027]选通第一对象对应的第一引出线,选通第二对象对应的第二引出线;
[0028]产生与第一对象和第二对象的逻辑关系值相对应的写电流,并将所述写电流施加到被选通的第一引出线和第二引出线之间的存储单元上;
[0029]读出操作:
[0030]输入需要读出关系的对象组,所述对象组包括第一对象和第二对象;
[0031]将存储阵列中的可控开关全部连通;
[0032]选通第一对象对应的第一引出线,选通第二对象对应的第二引出线;
[0033]产生读电压或电流,并将所述读电压或电流施加到被选通的第一引出线和第二引出线上,读取被选通的第一引出线和第二引出线之间的电阻值;
[0034]将读出的电阻值转化为相应的逻辑关系值后输出。
[0035]优选地,所述第一对象为条件,所述第二对象为结果,所述逻辑关系值为第一对象成立时直接导致第二对象成立的概率值。
[0036]优选地,在写入操作中,写入的逻辑关系值将原逻辑关系值覆盖;或在原逻辑关系值的基础上叠加,以此增强第一对象与第二对象之间的逻辑关系。
[0037]优选地,在读出操作中,若第一对象与第二对象存在直接关系,则直接读出第一对象与第二对象的逻辑关系值对应的电阻值;若第一对象通过第三对象与第二对象存在间接关系,则读出第一对象与第三对象的逻辑关系值对应的电阻值和第三对象与第二对象的逻辑关系值对应的电阻值的和;若第一对象与第二对象既存在直接关系又通过第三对象存在间接关系,则读出第一对象与第三对象的逻辑关系值对应的电阻值和第三对象与第二对象的逻辑关系值对应的电阻值串联后与第一对象与第二对象的逻辑关系值对应的电阻值并联所得的电阻值。
[0038]优选地,在写入操作中,选通第二对象对应的第二引出线的方法包括:将第二对象对应的第二引出线接地,将其他第二引出线悬空或对其他第二引出线施加高电平以使未选中的存储单元中的选通二极管反向截止。
[0039]优选地,在读出操作中,选通第二对象对应的第二引出线的方法包括:将第二对象对应的第二引出
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