用于计算矩阵乘法的交叉阵列制造技术

交叉阵列，包括：多个行线；在多个交叉部分处与多个行线交叉的多个列线；以及在多个交叉部分的一部分处耦接在多个行线和多个列线之间的多个接合点。每个接合点包括电阻存储器元件，并且接合点定位成计算第一矩阵和第二矩阵的矩阵乘法。

Cross array for calculating matrix multiplication

The cross array includes a plurality of lines; in a cross part and a plurality of cross line multiple alignment; and is connected with a plurality of junction between in a plurality of rows and a plurality of column lines in a number of cross section of a portion of the coupling. Each joint consists of a resistance memory element, and the joint point is positioned as a matrix multiplication of the first and second matrices.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于计算矩阵乘法的交叉阵列
技术介绍
忆阻器是可通过施加编程能量例如电压而被编程为不同的电阻状态的器件。可在各种应用中使用具有忆阻器的存储器器件的大交叉阵列，包括存储器、可编程逻辑、信号处理控制系统、模式识别和其他应用。卷积是对两个函数的数学运算，其产生一般被视为原始函数之一的修改版本的第三函数。卷积的应用包括图像处理、概率、统计、计算机信号处理、电气工程和微分方程。附图说明下面的详细描述参考附图，其中：图1是用于计算矩阵乘法的示例交叉阵列的图；图2是用于计算图像和核的卷积的示例交叉阵列的图；图3是示出编程信号输入和收集的电流输出的、具有交叉阵列的示例图像处理器的图；以及图4是具有图像处理加速器的示例计算设备的方框图。具体实施方式卷积是对两个函数的数学运算，其产生一般被视为原始函数之一的修改版本的第三函数。在一些图像处理技术中使用卷积，包括图像和核矩阵的卷积。图像和核可被映射到矩阵，矩阵乘法可对矩阵进行计算。然而，卷积可以是图像处理技术的最计算密集的部分之一。此外，对于硬件实现，等价矩阵可能太大和太稀疏地被映射。忆阻器是可用作各种各样的电子电路中的部件的器件，例如存储器、开关、射频电路和逻辑电路和系统。在存储器结构中，可使用具有忆阻器的存储器器件的交叉阵列。当用作存储器器件的基础时，忆阻器可用于存储信息的位，1或0。可通过施加通过忆阻器的电刺激例如电压或电流来改变忆阻器的电阻。通常，可形成能够在两个状态——通道形成导电路径(“接通”)时的一个状态和通道形成较不导电的路径(“断开”)时的一个状态——之间切换的至少一个通道。在一些其他情况下，导电路径代表“断开”，而较不导电的路径代表“接通”。在一些应用中，存储器交叉阵列可用于执行矩阵计算。例如，来自纵横的每行的输入电压信号由每列中的电阻器件的电导率加权，并被累积为来自每列的电流输出。理想地，如果电线电阻可被忽略，则从交叉阵列流出的电流I将近似是IT＝VTG，其中V是输入电压，并且G是电导率矩阵，包括来自交叉阵列中的每个忆阻器的贡献。忆阻器在交叉阵列的接合点(junction)或交叉点处的使用使得能够对与G的值对应的、在每个这样的接合点处的电阻(或电导率)进行编程。输入电压值可映射到矩阵。本文公开的例子提供用于计算矩阵乘法的交叉阵列。示例交叉阵列可包括多个行线，在多个交叉部分处与多个行线交叉的多个列线以及在多个交叉部分的一部分处耦接在行线和列之间的多个接合点。每个接合点可具有电阻存储器元件，例如忆阻器，且接合点定位成计算第一矩阵和第二矩阵的矩阵乘法。例如，第一矩阵可重新成形为矢量，且矩阵乘法可转换成矢量-矩阵乘法。此外，接合点可能不需要位于交叉部分处，在交叉部分中第二矩阵可具有零的值。以这种方式，可节省用于放置驱动和感测电路的空间以最小化设备尺寸。现在参考附图，图1示出示例交叉阵列100。交叉阵列100可以是平行和垂直线的配置，接合点在交叉部分处耦接在线之间。交叉阵列100可包括多个行线110、多个列线120和多个接合点130。每个接合点可耦接在一个行线和一个列线的唯一组合之间。换句话说，没有存储器单元共享行线和列线。应注意，图1示出示例交叉结构。使用适当的结构，可在各种应用中使用交叉阵列100，包括如在本文所述的矩阵乘法。行线110可以是携带穿过交叉阵列100的电流的电极。在一些例子中，行线110可彼此平行，通常具有相等的间隔。行线110有时可被称为位线。根据定向，行线110可以可选地被称为字线。类似地，列线120可以是不平行于行线110延伸的电极。列线120在一些约定中可被称为字线。在其他定向中，列线120可被称为位线。行线110和列线120可用作将电压和电流传送到接合点130的电极。行线110和列线120的示例材料可包括导电材料，例如Pt、Ta、Hf、Zr、Al、Co、Ni、Fe、Nb、Mo、W、Cu、Ti、TiN、TaN、Ta2N、WN2、NbN、MoN、TiSi2、TiSi、Ti5Si3、TaSi2、WSi2、NbSi2、V3Si、电掺杂多晶Si、电掺杂多晶Ge及其组合。接合点130可在多个交叉部分的一部分处耦接在行线110和列120之间。例如，接合点130可定位成计算第一矩阵和第二矩阵的矩阵乘法。虽然没有直接在图1中示出，接合点130可在一些例子中在一些交叉部分处而不是在一些其他交叉部分处形成，留下在这样的接合点处的开路(没有电流流动)。换句话说，一些交叉部分没有接合点130。关于图2进一步描述接合点130的定位以计算矩阵乘法。每个接合点130可包括电阻存储器元件。电阻存储器元件可具有随着施加的电压或电流改变的电阻。此外，在一些例子中，电阻存储器元件可“记住”它的最后电阻。以这种方式，每个电阻存储器元件可被设置到至少两个状态。电阻存储器元件可通过具有忆阻器来实现这些特性，忆阻器可以是提供如在本文所述的忆阻特性的两端子电气部件。在一些例子中，忆阻器可以是基于氮化物的，意味着忆阻器的至少一部分由包含氮化物的组分形成。忆阻器也可以是基于氧化物的，意味着忆阻器的至少一部分由包含氧化物的材料形成。此外，忆阻器可以是基于氮氧化物的，意味着忆阻器的至少一部分由包含氧化物的材料形成以及忆阻器的至少一部分由包含氮化物的材料形成。忆阻器的示例材料可包括氧化钽、氧化铪、氧化钛、氧化钇、氧化铌、氧化锆或其他类似的氧化物，或非过渡金属氧化物，例如氧化铝、氧化钙、氧化锰、氧化镝、氧化镧、氧化硅或其他类似的氧化物。另外的例子包括诸如氮化铝、氮化镓、氮化钽、氮化硅的氮化物以及诸如氮氧化硅的氮氧化物。此外，可在本文的教导的实践中使用其他起作用的忆阻器。忆阻器可呈现非线性或线性电流-电压特性。非线性可描述与线性函数不同地增长的函数。在一些实现例如本文的例子中，忆阻器140在感兴趣的电压范围内可以是线性的。感兴趣的电压范围可以是例如在交叉阵列100的运算中使用的电压的范围。在例子中，忆阻存储器元件可包括其他部件，例如晶体管或选择器。选择器可以是可在忆阻器器件中使用来提供期望的电气特性的电气器件。例如，选择器可以是允许取决于施加在端子上的电压的电流的2端子器件或电路元件。此外，在一些例子中，选择器可在接合点130处与忆阻器串联耦接。在一些例子中，不是所有行线和列线的交叉部分将具有接合点130。换句话说，一些交叉部分可具有接合点。接合点130可定位成计算两个矩阵的矩阵乘法。可以不用于矩阵乘法的行线110和列线120的交叉部分可具有接合点，如在图1中由140所示的。图2示出用于计算图像和核的卷积的示例交叉阵列200。交叉阵列200可类似于图1的交叉阵列100，且可以是例如图像处理器的一部分。交叉阵列200可包括类似于行线110的多个行线210、类似于列线120的多个列线220和类似于接合点130的多个接合点230。交叉阵列200可计算二维图像和二维核的卷积。交叉阵列200可通过计算与图像对应的第一矩阵和与核对应的第二矩阵的矩阵乘法来这么做。在一些例子中，接合点230可定位成使得它们以允许交叉阵列200计算第一矩阵和第二矩阵的矩阵乘法的方式来耦接行线210和列线220的交叉部分。例如，接合点230可位于表示第一矩阵和第二矩阵的接合的交叉阵列200的交叉部分处。换句话说，接合点可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交叉阵列，包括：多个行线；多个列线，在多个交叉部分处与所述多个行线交叉；以及多个接合点，在所述多个交叉部分的一部分处耦接在所述多个行线和所述多个列线之间，其中：每个接合点包括电阻存储器元件；并且所述接合点定位成计算第一矩阵和第二矩阵的矩阵乘法。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种交叉阵列，包括：多个行线；多个列线，在多个交叉部分处与所述多个行线交叉；以及多个接合点，在所述多个交叉部分的一部分处耦接在所述多个行线和所述多个列线之间，其中：每个接合点包括电阻存储器元件；并且所述接合点定位成计算第一矩阵和第二矩阵的矩阵乘法。2.如权利要求1所述的交叉阵列，其中所述交叉阵列用于：在所述电阻存储器元件处接收第一多个编程信号，其中所述第一多个编程信号定义所述第一矩阵内的多个值；在所述电阻存储器元件处接收第二多个编程信号，其中所述第二多个编程信号定义待施加到所述电阻存储器元件的多个值；并且从所述电阻存储器元件各自的列线输出从所述电阻存储器元件收集的多个电流，其中所收集的电流定义所述第一矩阵和所述第二矩阵的所述矩阵乘法。3.如权利要求1所述的交叉阵列，其中所述第一矩阵与二维图像对应，并且所述第二矩阵与二维核对应。4.如权利要求3所述的交叉阵列，其中所述交叉阵列用于计算所述二维图像和所述二维核的卷积。5.如权利要求1所述的交叉阵列，其中：所述第一矩阵具有a和b的维度；所述第二矩阵具有c和d的维度；所述多个行线包括a*b个行线；所述多个列线包括(a+c-1)*(b+d-1)个列线；并且所述多个接合点包括a*b*c*d个接合点。6.如权利要求1所述的交叉阵列，其中所述交叉部分中的一些不包括接合点。7.如权利要求1所述的交叉阵列，其中所述电阻存储器元件包括忆阻器。8.如权利要求3所述的交叉阵列，其中所述电阻存储器元件包括与所述忆阻器串联耦接的选择器。9.一种图像处理器，包括用于计算图像和核的卷积的交叉阵列，所述交叉阵列包括：多个行线；多个列线，在多个交叉部分处与所述多个行线交叉；以及多个接合点，在所述多个交叉部分的一部分处耦接在所述多个行线和所述多个列线之间，其中：每个接合点包括电阻存储器元件；并且所述接合点定位成计算与所述图像对应的第一矩阵和与所述核对应的第二矩阵的矩阵乘法。10.如权利要求9所述的图像处理器，进一步包括一电路，该电路用...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡苗，约翰·保罗·斯特罗恩，李智勇，斯坦利·威廉姆斯，
申请(专利权)人：慧与发展有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国,US