一种概率计算器件及随机数据生成方法技术

本发明专利技术公开了一种概率计算器件及随机数据生成方法，涉及概率计算领域，该概率计算器件包括：磁隧道结以及调节电路，磁隧道结至少包括：第一端口、第二端口以及第三端口；调节电路至少包括：第一信号源、第二信号源、第三信号源、第一参考元件、第二参考元件以及读取元件，第一信号源连接第一端口为磁隧道结提供输入信号，第三信号源连接第三端口为磁隧道结接地，第二信号源连接第二端口对此隧道结继续调节电压的输出，实现使用调节电压对磁隧道结概率计算的准确控制，降低了器件的误码率，并且在所述调控电路中还可以加入参考元件，在一定范围内增大读取电压与参考电压的差值，提高输出信号的信噪比，降低噪音对输出数据的影响。降低噪音对输出数据的影响。降低噪音对输出数据的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种概率计算器件及随机数据生成方法


[0001]本专利技术实施例涉及概率计算领域，涉及一种概率计算器件及随机数据写入方法。

技术介绍

[0002]随着集成电路产业的高速发展，需要解决的问题逐渐复杂，概率计算在人工智能、大数据、物联网领域应用越来越广泛。现阶段常用量子计算系统进行概率计算，但量子计算系统的基础单元量子比特的状态很难维持，且对工作环境要求较高，很难实现大规模集成。
[0003]磁隧道结(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)具有响应速度高、低功耗、耐用性长、等优良特性而作为磁性随机存储器(MRAM，Magnetic Random Access Memory)的基础单元并广泛应用。将其应用在概率计算，通过调控偏执电压的方法调控概率，可有效解决概率计算中的速度和可靠性问题。
[0004]然而，在对MTJ实际应用中发现，MTJ概率器件在使用过程由于自身的开关比相对较低，器件对电流的调控能力较弱，在电流出现波动或读取器件信号的时候输出存在较大的误码率，并且由于信号中存在较大的噪音，受到噪音的影响，使器件整体信噪比偏低，影响数据的准确性。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供一种概率计算器件及随机数据生成方法，以改善MTJ本身对电流的调控能力，降低输出的误码率，并且提升器件的信噪比，增加数据的准确性。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术的第一方面提出了一种概率计算器件，
[0007]所述概率计算器件包括：
[0008]调节电路以及磁隧道结，所述磁隧道结至少包括：第一端口、第二端口以及第三端口；
[0009]所述调节电路至少包括：第一信号源、第二信号源、第三信号源、第一参考元件、第二参考元件以及读取元件，
[0010]所述第一信号源与所述第二参考元件的一端以及所述磁隧道结的第一端并联，所述第一信号源用作所述调节电路的输入端；
[0011]所述第三信号源用作所述调节电路的输出端，所述第三信号源的第一端与所述第一参考元件的一端以及第二参考元件的另一端并联；
[0012]所述第二信号源与所述第一参考元件的另一端以及所述读取元件的一端并联；
[0013]所述第三信号源的第二端与所述读取元件的另一端以及所述磁隧道结的第二端口并联；
[0014]所述磁隧道结的第三端口接地。
[0015]在一些实施例中，所述第一信号源为所述磁隧道结提供电信号，所述电信号发生变化时，响应于所述电信号，使所述磁隧道结由第一阻态改变为第二阻态的概率发生改变，所述电信号发生变化至少包括：电流变化、电压变化以及频率变化。
[0016]在一些实施例中，所述第二信号源为所述磁隧道结提供调节电压，响应于所述调节电压，所述磁隧道结由所述第一阻态改变为所述第二阻态的发生概率发生变化，所述发生概率与所述调节电压一一对应。
[0017]在一些实施例中，所述第三信号源的输出电压包括：所述读取电压减去所述参考电压的差值，
[0018]所述参考电压包括：所述第三信号源的第一端与所述第一参考元件以及所述第二参考元件并联后的电压；
[0019]所述读取电压包括：所述第三信号源的读取电压包括：所述第三信号源的第二端与所述读取元件以及所述磁隧道结并联后的电压。
[0020]在一些实施例中，所述第一参考元件于所述第二参考元件并联后的阻值为第一阻值，所述读取元件于所述磁隧道结并联后得到的阻值为第二阻值，所述第一阻值与所述第二阻值大小相等。
[0021]在一些实施例中，响应于所述磁隧道结由所述第一阻态改变为所述第二阻态，所述读取电压由第一读取电压改变为第二读取电压，响应于所述读取电压由第一读取电压改变为第二读取电压，所述第三信号源的输出电压由第一输出电压改变为第二输出电压。
[0022]在一些实施例中，针所述磁隧道结还包括顶电极，所述顶电极与所述读取元件串联，所述顶电极至少由以下材料的任一一种或两种及以上的组合得到，所述材料包括：铝、钽、金、铬、铜、钼、钨以及铂。
[0023]在一些实施例中，所述磁隧道结还包括：自由层、参考层以及势垒层，
[0024]所述参考层磁化方向在制备后不发生变化，作为所述自由层磁化方向的参考方向，当所述自由层磁化方向与所述参考层磁化方向相同时，所述磁隧道结呈现低阻态，当所述自由层磁化方向与所述参考层磁化方向相反时，所述磁隧道结呈现高阻态。
[0025]在一些实施例中，所述磁隧道结还包括底端电极，所述底端电极至少由以下材料的任一一种或两种及以上的组合得到，所述材料包括：钽、铝、金、铬、铜、钼、钨以及铂。
[0026]在一些实施例中，所述势垒层的材料包括以下至少一种化合物或化合物的混合物，所述化合物包括：氧化铝Al2O3或氧化镁MgO。
[0027]在本申请的另一方面，还提出了一种随机数据生成方法，应用于概率计算器件，
[0028]所述概率计算器件包括调节电路以及磁隧道结，所述调节电路至少包括第一信号源、第二信号源以及第三信号源，所述方法包括：
[0029]获取所述第一信号源输入的电信号，响应于所述电信号，所述磁隧道结的阻态有概率由第一阻态改变为第二阻态；
[0030]获取所述第二信号源输入的调节电压，响应于所述调节电压，所述磁隧道结在第一阻态改变为所述第二阻态的概率发生变化，所述概率与所述调节电压一一对应；
[0031][0032]获取所述第三信号源的输出电压，若所述输出电压大于或者等于预设阈值，设定所述磁隧道结输出为数据为“1”，
[0033]若所述输出电压小于预设阈值，设定所述磁隧道结输出数据为“0”，
[0034]所述电信号发生变化时，响应于所述电信号的变化，所述概率发生变化，所述电信号变化至少包括：电流变化、电压变化以及频率变化。
[0035]在一些实施例中，所述调节电路还包括第一参考元件、第二参考元件以及读取元件，所述第三信号源包括第一端以及第二端，
[0036]所述第三信号源的输出电压包括：所述第三信号源的读取电压减去所述第三信号源的参考的输出电压的差值，
[0037]所述第三信号源的参考电压包括：所述第三信号源的第一端与所述第一参考元件以及所述第二参考元件并联后的电压；
[0038]所述第三信号源的读取电压包括：所述第三信号源的第二端与所述读取元件以及所述磁隧道结并联后的电压。
[0039]在一些实施例中，响应于所述磁隧道结由所述第一阻态改变为所述第二阻态，所述读取电压由第一读取电压改变为第二读取电压，
[0040]响应于所述第一读取电压改变为所述第二读取电压，所述输出电压由第一输出电压改变为第二输出电压。
[0041]在一些实施例中，所述调节电压输入方式包括：在所述电信号之后输入以及与所述电信号同步输入。
[0042]在一些实施例中，所述磁隧道结膜层结构建手段可采用溅射方式。
[0043]本专利技术的实施例提供了一种概率计算器件及随机数据生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种概率计算器件，其特征在于，所述概率计算器件包括：调节电路以及磁隧道结，所述磁隧道结至少包括：第一端口、第二端口以及第三端口；所述调节电路至少包括：第一信号源、第二信号源、第三信号源、第一参考元件、第二参考元件以及读取元件，所述第一信号源与所述第二参考元件的一端以及所述磁隧道结的第一端并联，所述第一信号源用作所述调节电路的输入端；所述第三信号源用作所述调节电路的输出端，所述第三信号源的第一端与所述第一参考元件的一端以及第二参考元件的另一端并联；所述第二信号源与所述第一参考元件的另一端以及所述读取元件的一端并联；所述第三信号源的第二端与所述读取元件的另一端以及所述磁隧道结的第二端口并联；所述磁隧道结的第三端口接地。2.根据权利要求1所述的概率计算器件，其特征在于，所述第一信号源为所述磁隧道结提供电信号，所述电信号发生变化时，响应于所述电信号，使所述磁隧道结由第一阻态改变为第二阻态的概率发生改变，所述电信号发生变化至少包括：电流变化、电压变化以及频率变化。3.根据权利要求1所述的概率计算器件，其特征在于，所述第二信号源为所述磁隧道结提供调节电压，响应于所述调节电压，所述磁隧道结由所述第一阻态改变为所述第二阻态的发生概率发生变化，所述发生概率与所述调节电压一一对应。4.根据权利1所述的概率计算器件，其特征在于，所述第三信号源的输出电压包括：所述读取电压减去所述参考电压的差值，所述参考电压包括：所述第三信号源的第一端与所述第一参考元件以及所述第二参考元件并联后的电压；所述读取电压包括：所述第三信号源的读取电压包括：所述第三信号源的第二端与所述读取元件以及所述磁隧道结并联后的电压。5.根据权利要求1所述的概率计算器件，其特征在于，所述第一参考元件于所述第二参考元件并联后的阻值为第一阻值，所述读取元件于所述磁隧道结并联后得到的阻值为第二阻值，所述第一阻值与所述第二阻值大小相等。6.根据权利要求3或4所述的概率计算器件，其特征在于，响应于所述磁隧道结由所述第一阻态改变...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹凯华，殷加亮，白月，董艺，赵巍胜，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：