面向存算一体芯片的模拟计算阵列中存算一体芯片的电荷俘获型晶体管混合域存内计算宏单元设计.docx

更新时间：2026-09-17 09:10:23 大小：38K 上传用户：他山之石可攻玉查看TA发布的资源 标签：存算一体芯片电荷俘获型晶体管存内计算混合域计算模拟预测数字计算 下载积分：2分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

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面向存算一体芯片的模拟计算阵列中存算一体芯片的电荷俘获型晶体管混合域存内计算宏单元设计

摘要

电荷俘获型晶体管（Charge-Trap Transistor, CTT）凭借其非易失性、与CMOS工艺兼容和可微缩至12nm以下节点的优势，成为存算一体芯片的新型存储介质选择。本文针对CTT器件的物理特性，设计了一种混合域存内计算宏单元，采用模拟预测-数字计算（Analog-Predict-Digital Compute）工作机制，在模拟域快速完成矩阵乘加运算的粗估计，在数字域对结果进行精校准，实现了INT4/8和FP4矩阵-向量计算的高效支持。在12nm工艺下，该宏单元的面积效率达到104.56-137.75 TFLOPS/W，为非易失存算一体芯片的存储密度与算力密度的共同提升提供了新的技术路径。

一、电荷俘获型晶体管的基本原理

1.1 CTT器件结构

电荷俘获型晶体管是一种基于电荷存储机制的非易失存储器件。其结构类似于传统浮栅晶体管，但用电荷俘获层（如SiN或HfO₂）替代了多晶硅浮栅。电荷通过Fowler-Nordheim隧穿或热载流子注入进入俘获层，改变晶体管的阈值电压，从而实现数据存储。与RRAM相比，CTT具有更长的保持时间（>10年）和更好的耐久性（>10^6次循环），且与标准CMOS工艺完全兼容。

1.2 CTT的存算一体实现

在存算一体应用中，CTT的阈值电压被编程为多值状态，表示神经网络的权重值。输入信号通过栅极电压施加，根据CTT的电流-电压特性，输出电流与输入电压和阈值电压的乘积成正比，实现模拟乘法运算。多个CTT单元在阵列中并联，通过电流求和实现矩阵乘加运算。

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一、电荷俘获型晶体管的基本原理

1.1 CTT器件结构

1.2 CTT的存算一体实现

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