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存算一体芯片的MRAM存内计算技术.docx
资料介绍
存算一体芯片的MRAM存内计算技术
1 引言
MRAM（磁随机存储器）在存内计算中具有独特优势，包括纳秒级读写速度、超高耐久性（>10¹⁵次）和非易失性。STT-MRAM和SOT-MRAM在存内计算中展现出不同特点。本章系统分析MRAM存内计算的原理、电路设计和应用前景。
2 MRAM存内计算原理
2.1 自旋转移矩
STT-MRAM利用自旋极化电流翻转MTJ的磁矩方向，实现数据写入和存储。在存内计算中，MTJ的电阻状态代表权重。
2.2 自旋轨道矩
SOT-MRAM通过自旋霍尔效应在重金属层中产生自旋流，使磁矩翻转。SOT-MRAM的写入速度<1ns，耐久性>10¹⁵次，适合需要频繁更新的计算场景。
3 电路设计
3.1 交叉阵列
MRAM交叉阵列与ReRAM类似，但MRAM的两端电阻特性使阵列设计更简单。
3.2 读出电路
MRAM的TMR比值已超过600%，提供足够的读取窗口。读出电路通过比较MTJ电阻与参考电阻确定数据状态。
4 存内计算适配性
MRAM是唯一可同时实现数字CiM和模拟CiM的NVM。相比SRAM CiM，MRAM单元更小、无静态漏电、能效更高。在边缘AI场景中，MRAM CiM展现出广阔应用前景。
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