[论文解读] Memristor Crossbars with 4.5 Terabits-per-Inch-Square Density and Two Nanometer Dimension

Shuang Pi, Can Li+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2018

Advanced Memory and Neural Computing参考文献 50被引用 155

一句话总结

该论文展示了忆阻器交叉阵列在使用 2×2 nm^2 设备时实现高达 4.5 Tb/in^2 的密度，能够以数十纳安培的电流进行切换。这为高密度、低功耗的存储/计算解决方案提供了可能。

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.

研究动机与目标

• 以忆阻器交叉阵列为基础，推动高密度、低能耗的内存与神经形态计算。
• 展示单层交叉阵列实现前所未有的比特密度。
• 展示器件尺寸和切换电流的可扩展集成适用性。

提出的方法

• 采用 2×2 nm^2 的器件制造忆阻器交叉阵列。
• 实现并表征单层密度高达 4.5 Tb/in^2。
• 指明以数十纳安培的电流进行切换。
• 将密度与最先进的 NAND 闪存技术（64 层、三层单元 TLC）进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 在子 3 nm 尺寸的器件下，忆阻器交叉阵列是否能够在单层实现 terabits-per-square-inch 的密度？
• RQ2 如此高密度封装的忆阻器需要的切换电流是多少，是否适合大规模集成的低功耗？
• RQ3 所实现的密度与当代高密度内存技术相比如何？
• RQ4 在神经形态或大数据应用中，对存储与处理效率有何影响？

主要发现

• 在单层中实现了 4.5 Tb/in^2 密度的忆阻器交叉阵列。
• 忆阻器尺寸为 2×2 nm^2，切换电流为数十纳安培。
• 所展示的密度比最先进的 64-layer TLC NAND 闪存技术高出一个数量级。
• 密集的交叉阵列为高密度信息存储与处理提供了一种低功耗的解决方案。