[논문 리뷰] Memristor Crossbars with 4.5 Terabits-per-Inch-Square Density and Two Nanometer Dimension

Shuang Pi, Can Li외 5명|arXiv (Cornell University)|2018. 04. 26.

Advanced Memory and Neural Computing참고 문헌 50인용 수 155

한 줄 요약

논문은 2×2 nm^2 소자와 함께 memristor 크로스바가 최대 4.5 Tb/in^2 밀도를 달성하고 수십 나노암페어의 전류로 스위칭이 가능하다는 것을 보여줍니다. 이는 매우 높은 밀도와 전력 효율적인 저장/처리 솔루션을 제공합니다.

ABSTRACT

Memristor is a promising building block for the next generation nonvolatile random access memory and bio-inspired computing systems. Organizing memristors into high density crossbar arrays, although challenging, is critical to meet the ever-growing high capacity and low energy demands of these applications especially in the big data era. Here, we construct memristor crossbars with a single-layer density up to 4.5 terabits per inch square, an order of magnitude denser than the state- of-the-art 64-layer triple level cell NAND flash technology. The memristors in the crossbars are 2 $ imes$ 2 nm$^2$ in size, capable of switching with tens of nano ampere electric current. The densely packed memristor crossbars of extremely small working devices provides a power-efficient solution for high density information storage and processing.

연구 동기 및 목표

• 메모리스트 크로스바를 이용한 고밀도, 에너지 효율적인 메모리 및 뉴로모픽 컴퓨팅의 동기를 부여합니다.
• 전례 없는 비트 밀도를 달성하는 단일 층 크로스바를 입증합니다.
• 스케일러블 통합에 필요한 소자 치수와 스위칭 전류의 적합성을 제시합니다.

제안 방법

• 2×2 nm^2 소자를 갖춘 memristor 크로스바를 제조합니다.
• 단일 층에서 최대 4.5 terabits per inch square의 밀도를 달성하고 특성화합니다.
• 수십 나노암페어 전류로 스위칭을 명시합니다.
• 밀도와 비교하여 최첨단 NAND 플래시 기술(64-layer, triple level cell)과의 차이를 제시합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 서브 3 nm 소자 치수의 memristor 크로스바가 단일 층에서 terabits-per-square-inch 밀도를 실현할 수 있습니까?
• RQ2 이처럼 촘촘하게 배열된 memristor에 필요한 스위칭 전류는 얼마이며 대규모 통합에 대해 전력 효율적입니까?
• RQ3 달성된 밀도가 현대의 고밀도 메모리 기술과 어떻게 비교됩니까?
• RQ4 뉴로모픽 또는 빅데이터 응용에서 저장 및 처리 효율에 어떤 시사점이 있습니까?

주요 결과

• 단일 층에서 4.5 Tb/in^2 밀도의 memristor 크로스바를 시연했습니다.
• 메모리스트의 크기는 2×2 nm^2이며 수십 나노암페어로 스위칭합니다.
• 시연된 밀도는 최첨단의 64-layer TLC NAND 플래시 기술보다 한 차원 높은 수준입니다.
• 밀도가 높은 크로스바는 고밀도 정보 저장 및 처리를 위한 전력 효율적인 솔루션을 제공합니다.