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电容分裂式FeRAM存算单元
资料介绍
一、电容分裂式FeRAM存算单元基本概念
电容分裂式铁电随机存取存储器（Ferroelectric Random Access Memory, FeRAM）存算单元，是基于铁电电容的极化特性实现数据存储与计算功能融合的新型电路结构，其核心设计思路是将传统FeRAM单元中的单个存储电容拆分为两个尺寸对称或成比例拆分的铁电电容，通过两个电容的极化状态组合表征存储数据，同时利用铁电电容的电荷转移特性直接完成存内计算操作，不需要将存储数据读出到外部计算单元完成运算。
传统FeRAM存算架构大多基于“存储+计算”分离设计，在进行AI推理、向量计算等并行任务时存在冯·诺依曼瓶颈，频繁的数据交互会带来较高的功耗和延迟，电容分裂式结构通过拆分电容的方式，在单元层面实现了计算功能的集成，能够充分发挥FeRAM非易失性、低功耗、高速擦写的优势，为存算一体芯片提供了更紧凑高效的单元方案。
二、电容分裂式结构的工作原理
2.1 铁电电容的基本特性
铁电材料具有自发极化特性，在外电场作用下，自发极化方向会发生翻转，且撤去外电场后能够保持剩余极化状态。铁电电容的电荷存储量与极化状态直接相关：当极化方向与外加电场方向一致时，存储的电荷总量为剩余极化电荷与电容线性电荷之和；当极化方向相反时，存储的电荷总量为线性电荷减去剩余极化电荷，两种极化状态对应不同的电荷输出，可以分别对应二进制数据的“0”和“1”。
2.2 电容分裂式单元的存储原理
电容分裂式FeRAM存算单元将单个存储电容拆分为两个相同或成比例的铁电电容，记为CF1和CF2，两个电容共享同一个字线控制的选通管，在存储数据时，通过字线打开选通管后，对两个电容施加不同方向的极化电压，组合出四种不同的极化状态，通常情况下：
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