新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器及系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器（non-volatility memory，NVM）是一類具有非揮發(fā)特性的新介質(zhì)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其主要代表有鐵電存儲(chǔ)器（Ferroelectric Random Access Memory，F(xiàn)RAM），相變存儲(chǔ)器（Phase Change Memory，PCM），磁阻存儲(chǔ)器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）和阻變存儲(chǔ)器（Resistive Random Access

2、Memory，RRAM）。相比于傳統(tǒng)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器還具有高速讀寫(xiě)，低功耗和高密度存儲(chǔ)的特點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的發(fā)展方向。本論文以新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器為研究對(duì)象，對(duì)其在電路設(shè)計(jì)層面和存儲(chǔ)系統(tǒng)層面的若干內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)分析研究。
　　在電路模塊層面，針對(duì)新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器的操作特點(diǎn)，首先對(duì)其讀寫(xiě)操作電路進(jìn)行了分析研究，總結(jié)歸納了讀寫(xiě)操作電路在設(shè)計(jì)上的共性方法，并通過(guò)具體電路仿真分析了其工作原理，參數(shù)影響和優(yōu)勢(shì)；然后結(jié)

3、合新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器特點(diǎn)，對(duì)其接口電路的設(shè)計(jì)做了一定研究，提出對(duì)接口電路模塊設(shè)計(jì)，時(shí)序設(shè)計(jì)，信號(hào)完整性設(shè)計(jì)等方面的改進(jìn)方案。
　　在多值存儲(chǔ)技術(shù)上，在充分調(diào)研了幾種新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器多值存儲(chǔ)原理和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)第二代磁阻存儲(chǔ)器（Spin Torque Transfer Random Access Memory，STT-RAM）多值存儲(chǔ)技術(shù)上的電流和功耗過(guò)載問(wèn)題，提出了2T1MTJs（2 Transistors1 Magnetic

4、Tunnel Junctions）存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，并采用45nm低功耗PTM（Predictive Technology Model）場(chǎng)效應(yīng)晶體管模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)1T1MTJs結(jié)構(gòu)相比，MTJs器件中軟比特位上電流至少可減少一半，功耗至少可減少72％。
　　在存儲(chǔ)器功耗優(yōu)化方面，在充分調(diào)研了從材料，器件結(jié)構(gòu)，電路設(shè)計(jì)到存儲(chǔ)系統(tǒng)級(jí)的功耗優(yōu)化方案基礎(chǔ)上，針對(duì)其中的編碼優(yōu)化讀出功耗方案進(jìn)行了理論論證和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明其可