CN104516712B - 电压控制的纳米磁性随机数发生器 - Google Patents

电压控制的纳米磁性随机数发生器 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种用于电压控制的纳米磁性随机数发生器的装置。所述装置包括：自由铁磁层；位于相对于所述自由铁磁层的非共线方向上的固定铁磁层；以及耦合至所述自由铁磁层的第一端子，所述第一端子用于向所述自由铁磁层提供偏置电压。本发明还描述了一种集成电路，其包括：随机数发生器，其包括具有非共线设置的自由铁磁层和固定铁磁层的磁性隧道结(MTJ)；以及用于向所述自由铁磁层提供可调节的偏置电压的电路，所述电路用于控制由所述随机数发生器产生的电流的方差。

Description

电压控制的纳米磁性随机数发生器
背景技术
片上微型嵌入式随机数发生器(RNG)可以使消费者和企业应用能够使用大范围的安全特征。然而，主要的伪随机数发生器是基于软件的或是由网络资源(例如，美国国家标准及技术研究所(NIST))供应的。基于软件的随机数发生器受到运行随机数发生器所需的增大的功率和芯片面积的影响。用于RNG的标准化算法也容易出现安全威胁。软件算法可以产生近似的随机数序列，但是其质量有限，如通过已知的随机性测试所测量的。
现有的基于磁性隧道结(MTJ)的随机数发生器受若干缺点的影响。例如，已知的基于MTJ的RNG不能产生高斯分布的噪声，该高斯分布的噪声是用于通信加密的最常用的处理之一。已知的基于MTJ的RNG的另一缺点是其不能控制随机数产生的过程以使变量均值和方差动态改变。
附图说明
根据以下给出的具体实施方式并且根据本公开内容的各种实施例的附图，将更全面地理解本公开内容的实施例，然而，附图不应该被理解为将本公开内容限制为具体实施例，而是仅出于解释和理解的目的。
图1A示出了基于MTJ的RNG。
图1B示出了显示来自MTJ的感测的随机电流和正态噪声分布的曲线图。
图2示出了根据本公开内容的一个实施例的非共线MTJ器件。
图3示出了根据本公开内容的一个实施例的非共线MTJ器件的顶视图。
图4A示出了根据本公开内容的一个实施例的显示相对于非共线MTJ器件的磁势垒的磁角的方差的曲线图。
图4B示出了根据本公开内容的一个实施例的相对于为非共线MTJ器件所施加的电压的磁势垒的变化。
图5A示出了根据本公开内容的一个实施例的显示非共线MTJ器件的噪声电流概率密度的曲线图。
图5B示出了根据本公开内容的一个实施例的显示非共线MTJ器件的累积概率与感测电流的关系的曲线图。
图6A-6B示出了根据本公开内容的一个实施例的显示通过利用为非共线MTJ器件施加的电压改变磁势垒来控制磁噪声的曲线图。
图7A-7B示出了根据本公开内容的一个实施例的显示通过向非共线MTJ施加高电压来重置非共线MTJ的情况的曲线图。
图8示出了根据本公开内容的一个实施例的显示由非共线MTJ产生的电流的功率谱密度的曲线图。
图9是根据本公开内容的一个实施例的用于产生随机模拟/数字信号并且用于向非共线MTJ施加偏置电压的电路。
图10是根据本公开内容的一个实施例的形成非共线MTJ器件的方法的流程图。
图11是根据本公开内容的一个实施例的具有包含非共线MTJ的随机数发生器的智能设备或计算机系统或SoC(片上系统)。
具体实施方式
实施例描述了一种非共线(例如，正交的)堆叠的平面内磁隧道结(MTJ)器件，其具有作为可控随机数发生器的电压依赖磁势垒。在一个实施例中，与传统MTJ器件的噪声的非钟形分布相比，随机数发生器提供了噪声的钟形正态高斯分布。在一个实施例中，MTJ自由铁磁层和固定铁磁层位于相对于彼此的非共线位置中，以产生MTJ感测电流的正态分布。在一个实施例中，提供电路来产生偏置电压以控制MTJ自由铁磁层的磁势垒，以使产生的MTJ电流的方差能够被控制。在一个实施例中，提供电路来产生偏置电压以降低MTJ的磁势垒，以使随机数发生器能够完全重置。
在下面的说明中，论述了大量细节以提供对本公开内容的实施例的更深入的理解。然而，对本领域中的技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开内容的实施例。在其它情况下，以框图的形式、而不是以细节的形式示出了公知的结构和器件，以避免使本公开内容的实施例难以理解。
注意，在实施例的相应的附图中，用线来表示信号。一些线可以较粗，以指示较多组成成分的信号路径；和/或可以在一端或多端具有箭头，以指示基本信息流动方向。这类指示并不是要进行限制。相比之下，结合一个或多个示例性实施例使用线以便于更容易地理解电路或逻辑单元。根据设计需要或偏好，任何表示的信号实际上都可以包括可以在双方向上传输的一个或多个信号，并且可以利用任何适当类型的信号方案来实现这些信号。
在整个说明书和权利要求中，术语“连接”表示连接的物体之间在没有任何中间设备的情况下的直接电连接。术语“耦合”表示连接的物体之间的直接电连接或者通过一个或多个无源或有源中间设备的间接连接。术语“电路”表示被设置为彼此协作以提供所需功能的一个或多个无源和/或有源部件。术语“信号”表示至少一个电流信号、电压信号或数据/时钟信号。“一”和“所述”的意义包括多个参考。“在……中”的意义包括“在……中”和“在……上”。
术语“缩放”通常是指将设计(示意图和布局)从一种工艺技术转换为另一种工艺技术。术语“缩放”通常也指代在相同技术结点内缩小布局和器件。术语“缩放”还可以指相对于另一个参数(例如，电源电平)调节(例如，减缓)信号频率。术语“大体上”、“接近”、“近似”、“附近”，以及“大约”通常指的是在目标值的+/-20％的范围内。
除非另外指定，否则使用序数词“第一”、“第二”、和“第三”等描述共同对象仅指示涉及相似对象的不同实例，而不是要暗示如此描述的对象必须按照时间上或空间上的给定顺序、排序或者任何其它方式。
出于实施例的目的，晶体管是金属氧化物半导体(MOS)晶体管，其包括漏极、源极、栅极和体端子。晶体管还包括：三栅极和FinFet晶体管、栅极全包围柱状晶体管或类似碳纳米管或自旋电子器件的实现晶体管功能的其它器件。源极端子和漏极端子可以是相同的端子，并且在本文中可以被互换使用。本领域中的技术人员将领会到，在不脱离本公开内容的范围的情况下可以使用其它晶体管，例如，双极结型晶体管-BJT PNP/NPN、BiCOMS、CMOS、eFET等。术语“MN”指示n型晶体管(例如，NMOS、NPN BJT等)，并且术语“MP”指示p型晶体管(例如，PMOS、PNP BJT等)。
图1A示出了基于MTJ100的RNG。MTJ100是具有全部在同一线性平面中的堆叠层的传统MTJ器件。自顶部算起，第一层是自由铁磁层。自顶部算起的第二层是由MgO形成的绝缘层。固定铁磁层通常由例如CoFeB的铁磁合金形成。自顶部算起的第三层开始的固定层由合成反铁磁(SAF)堆叠体构成(即，自顶层算起的第三层以及下面的层)。自顶部算起的第三层下面的层包括由Ru、CoFe、AFM形成的层以及电极。CoFeB/Ru/CoFe的堆叠体形成反铁磁交换层(AFM)。底部合成SAF由自然AFM支撑，并且可以由PtMn或IrMn或类似合金形成。
为了将MTJ100作为RNG进行操作，向自由铁磁层施加偏置电压Vbias，并且将地耦合至MTJ100的另一端。由于施加了Vbias，电流流过MTJ100，并且可以在地端子处被感测到。该电流具有使MTJ100用作RNG的随机电流性质。然而，由流过MTJ100的电流所产生的噪声的分布不是高斯分布。
纳米磁铁的动力很大程度上受热噪声的影响。纳米磁铁中的热噪声表现为内部各向异性场的波动。热噪声可以被认为是传导电子的微观自由度和铁磁元素的晶格的结果。在室温T下，由高斯白噪声(具有时域Dirac-delta自相关)来描述热噪声。噪声场各向同性地作用在磁铁上。在存在噪声的情况下，Laudau Lifshitz Gilbert(LLG)方程可以被写为：
内部场被描述为：
随机热磁噪声的性质为：
<Hl(t)>＝0
磁铁的初始条件是随机化的，以与大批磁铁中的磁矩的初始角度的分布一致。在温度T下，磁铁的初始角度如下：
“k”是玻尔兹曼常数，“T”是温度，Ms是饱和磁化强度，“V”是体积，μ0是磁导率，并且Hani是各向异性场。
图1B示出了显示来自MTJ100的感测的随机电流、以及正态噪声分布的曲线图120。x轴是以mA为单位的感测电流，并且y轴是电流密度。波形121是感测电流的正态分布，而波形122是随电压Vbias变化的电流密度。如曲线图120中所示，MTJ100不呈现钟形高斯分布。此外，MTJ100不能动态地控制随机数产生的过程以使变量均值和方差动态改变。
图2示出了根据本公开内容的一个实施例的非共线MTJ器件200。应该指出的是，图2的与任何其它附图中的元素具有相同的附图标记(或名称)的那些元素可以按照与所描述的方式相似的任何方式来进行操作或发挥作用，但不限于此。
在一个实施例中，非共线MTJ器件200包括堆叠的自由铁磁层和固定铁磁层，自由铁磁层和固定铁磁层相对于彼此是非共线的。术语“非共线”通常指的是具有不同磁角的两层。例如，如果从磁角方面考虑，一层与另一层是正交的，则这两层是非共线层。在一个实施例中，MTJ200的非共线堆叠的自由铁磁层和固定铁磁层产生了由MTJ200感测的电流的正态高斯分布。在一个实施例中，自由铁磁层的尺寸小于固定铁磁层的尺寸。在一个实施例中，形成MTJ器件的一端的端子耦合至自由铁磁层。在这种实施例中，MTJ器件的另一端形成耦合至固定铁磁层的第二端子。在一个实施例中，第二端子接地。
尽管MTJ200的实施例示出了椭圆形或圆形的堆叠层，但是堆叠层也可以是矩形或其它形状，只要自由铁磁层相对于固定铁磁层是非共线的。在一个实施例中，由自由铁磁层和固定铁磁层的形状来控制纳米磁铁的各向异性。
在一个实施例中，提供了产生用于自由铁磁层的Vbias的电路。在一个实施例中，电路可以操作用于调节Vbias的电平以控制MTJ200的磁铁的磁势垒。在这种实施例中，由于施加了Vbias而由MTJ200产生的电流允许控制产生的电流的方差。在一个实施例中，电路可以操作用于通过调节Vbias来重置自由铁磁层，这相应地降低了磁势垒。在一个实施例中，提供另一个电路来感测流过耦合至MTJ200的自由铁磁层的Vbias端子(此处也被称为第一端子)的电流。在一个实施例中，提供电路来将感测电流转换为数字表示，从而为随机数发生器提供种子。
图3示出了根据本公开内容的一个实施例的非共线MTJ器件200的顶视图300。应该指出的是，图3的与任何其它附图中的元素具有相同的附图标记(或名称)的那些元素可以按照与所描述的方式相似的任何方式来进行操作或发挥作用，但不限于此。
在该实施例中，顶视图300示出了表示MTJ200的自由铁磁层和固定铁磁层的两个椭圆形/圆形形状的对象。在该实施例中，自由铁磁层和固定铁磁层彼此相交，即，固定铁磁层的磁角Ф1与自由铁磁层的磁角Ф2之差为90度。在这种实施例中，在MTJ200感测的电流中观察到正态高斯噪声分布。
在一个实施例中，通过降低/调谐并联配置中的平面内MTJ中的势垒来实现MTJ的电压控制。如下利用电压来调谐势垒：
其中，Eb是势垒能量，是在零电压下的势垒，C1是线性电压系数，C2是二次电压系数，并且V是施加的Vbias。
图4A示出了根据一个实施例的显示相对于非共线MTJ器件的磁势垒的磁角的方差的曲线图400。应该指出的是，图4A的与任何其它附图中的元素具有相同的附图标记(或名称)的那些元素可以按照与所描述的方式相似的任何方式来进行操作或发挥作用，但不限于此。
x轴是磁铁的强度，表示为E/kT，其中“E”是MTJ磁铁的势垒能量，“k”是玻尔兹曼常数，并且“T”是温度。y轴是角度差的平方，即(Φ2-Φ1)2，其指示相对于磁势垒强度的角度变化。此处，对于磁角的平方而言，0.01指示小角度变化，而0.06指示大角度变化。此处，对于E/kT而言，10指示弱势垒而50指示较强的势垒。曲线图400示出了样本402和表示样本的平滑曲线401。曲线图400示出了热噪声对磁铁的影响。角度的变化显示为势垒的函数。
图4B示出了根据一个实施例的显示相对于非共线MTJ器件所施加的电压的磁势垒的变化的曲线图420。应该指出的是，图4B的与任何其它附图中的元素具有相同的附图标记(或名称)的那些元素可以按照与所描述的方式相似的任何方式来进行操作或发挥作用，但不限于此。
此处，x轴是以伏特为单位的偏置电压。此处，y轴是Eb(V)/Eb，指示势垒的强度。曲线图420示出了两个波形。波形421示出了具有反向并联的自由铁磁层和固定铁磁层的MTJ器件的情况、以及施加在第一端子上的Vbias与磁铁的势垒的变化的强度之间的对应关系。波形422示出了具有并联的自由铁磁层和固定铁磁层的MTJ器件的情况、以及施加在第一端子上的Vbias与磁铁的势垒的变化的强度之间的对应关系。在这两种情况中(波形421和422)，自由铁磁层和固定铁磁层是非共线的。波形421和422示出了对于MTJ200而言，可以由Vbias调谐磁势垒。
图5A示出了根据一个实施例的显示非共线MTJ器件的噪声电流概率密度的曲线图500。应该指出的是，图5A的与任何其它附图中的元素具有相同的附图标记(或名称)的那些元素可以按照与所描述的方式相似的任何方式来进行操作或发挥作用，但不限于此。
此处，x轴是归一化的感测电流，而y轴是流过MTJ200的电流概率密度。曲线图500示出了波形501，波形501是显示归一化的感测电流的竖条。曲线图500还示出了波形502，波形502是MTJ200的正态高斯产生电流概率密度。与呈现非高斯电流概率的MTJ100相比，MTJ200产生了正态高斯产生电流概率密度，其使得MTJ200能够用作比MTJ100好的随机数发生器。
图5B示出了根据一个实施例的显示非共线MTJ器件的累积概率与感测电流的关系的曲线图520。应该指出的是，图5B的与任何其它附图中的元素具有相同的附图标记(或名称)的那些元素可以按照与所描述的方式相似的任何方式来进行操作或发挥作用，但不限于此。
此处，x轴是归一化的感测电流，并且y轴是由MTJ200产生的噪声电流的累积概率。曲线图520示出了彼此邻接的两个波形——波形521和522。曲线图520利用MTJ200再次确认了正态高斯电流概率的产生。由具有δ函数自相关的白噪声过程、或白噪声过程的接触功率谱密度特性来描述利用MTJ200产生的噪声。曲线图520示出了电流的累积分布函数(CDF)，其遵循高斯CDF。
图6A-6B示出了根据一个实施例的分别显示通过利用为非共线MTJ器件施加的电压改变磁势垒来控制磁噪声的曲线图600和620。应该指出的是，图6A-6B的与任何其它附图中的元素具有相同的附图标记(或名称)的那些元素可以按照与所描述的方式相似的任何方式来进行操作或发挥作用，但不限于此。图6A示出了具有由于MTJ200的势垒调谐而产生的电压控制的磁角方差。图6B示出了磁势垒随着为MTJ200施加的电压的变化。
对于曲线图600，x轴是通过MTJ200感测的归一化的电流，而y轴是感测电流的概率密度。曲线图600示出了针对施加的Vbias电压为零并且磁势垒能量为40kT时的情况的感测电流条601。感测电流条602(相较于条601的较短的条)是针对施加的Vbias为0.5V并且磁势垒能量为10kT时的情况。在这些实施例中，对于MTJ200，通过由产生Vbias的电路来调节Vbias，调节了电流密度概率的大小/形状，因为调节Vbias调节了磁势垒强度。在一个实施例中，随着Vbias的电压上升，MTJ200的磁势垒强度减弱。
波形603是针对如图6B的波形621所示的MTJ200的反向并联磁铁的电流噪声的正态高斯分布。波形604是针对如图6B的波形622所示的MTJ200的并联磁铁的电流噪声的正态高斯分布。曲线图620示出了可以根据平面内磁铁的电压来调谐磁铁热势垒。波形621和622的形状的变化是由MTJ200中的不同磁铁取向所引起的(即，621显示磁铁为反向并联时的情况，并且622显示磁铁为并联时的情况)。在实施例中，施加的电压Vbias允许对磁铁热势垒进行控制，这相应地允许对磁铁的角度方差进行控制。
图7A-7B示出了根据一个实施例的分别显示通过向非共线MTJ施加高电压来重置非共线MTJ的情况的曲线图700和720。应该指出的是，图7A-7B的与任何其它附图中的元素具有相同的附图标记(或名称)的那些元素可以按照与所描述的方式相似的任何方式来进行操作或发挥作用，但不限于此。
图7A的曲线图700显示了由Vbias的电压电平的变化所引起的MTJ200中产生的随机电流的波动。此处，x轴是时间，并且y轴是MTJ200中所产生的归一化的随机电流。曲线图700分成三个部分——701、702和703。部分701是针对低Vbias电压的归一化的随机电流的波动。部分702是在将Vbias设置为1V时的归一化的随机电流的波动。这部分显示，可以重置MTJ200的噪声过程，从而为产生噪声变量提供新的操作条件(即，随机种子)。术语“重置”在本文中是指不相关的磁动力的产生。部分703是在Vbias低于1V时的归一化的随机电流的波动。图7B中的曲线图720示出了施加重置电压以使随机变量的位置随机化，而图7A显示了由此产生的波动。此处，721将反向并联配置的势垒显示为电压的函数，而722将并联配置的势垒显示为电压的函数。
图8示出了根据一个实施例的显示了由非共线MTJ200器件产生的电流的功率谱密度的曲线图800。应该指出的是，图8的与任何其它附图中的元素具有相同的附图标记(或名称)的那些元素可以按照与所描述的方式相似的任何方式来进行操作或发挥作用，但不限于此。
此处，x轴是频率(THz)，并且y轴是功率/频率(dB/Hz)。曲线图800中的波形示出了来自通过施加Vbias而由MTJ200感测和/或产生的噪声电流的白噪声。曲线图800显示了由MTJ200产生的电流在宽频率范围内几乎不具有相关性。这意味着MTJ200器件可以在大频率范围内用作随机噪声发生器。在一个实施例中，可以经由制造/退火条件来控制MTJ纳米磁铁之间的角度，以使另一个控制变量能够用于产生噪声。
图9是根据一个实施例的用于产生随机模拟/数字信号并且用于向非共线MTJ器件施加偏置电压的电路900。应该指出的是，图9的与任何其它附图中的元素具有相同的附图标记(或名称)的那些元素可以按照与所描述的方式相似的任何方式来进行操作或发挥作用，但不限于此。
在一个实施例中，电路900包括低噪声放大器(LNA)901、模数转换器(ADC)、电感器L以及电容器C。在一个实施例中，向电感器L的一端施加DC(直流)电压Vdc。在一个实施例中，电感器的另一端耦合至电容器C的端子。在一个实施例中，电容器C的另一个端子耦合至LNA901的输入。在一个实施例中，LNA901的输出是ADC902的输入处所接收的随机模拟信号。在一个实施例中，LNA具有低于1dB的NF(噪声因子)。在一个实施例中，LNA901的增益20dB到30dB的范围内。在另一个实施例中，可以使用LNA901的增益的其它值。在一个实施例中，ADC902的输出是随机数字信号，逻辑单元进一步使用该随机数字信号来产生随机数。在一个实施例中，ADC902利用具有频率fclk的时钟clk进行操作。
在一个实施例中，电感器‘L’的另一端和电容器‘C’的一端耦合至MTJ200的第一端子。在该实施例中，Vdc为Vbias提供DC电平，而电感器提供Vbias。随着Vbias发生变化，流过MTJ200器件的电流也随之变化，从而产生Irandom电流。在一个实施例中，Irandom电流提供正态高斯电流噪声分布。在一个实施例中，为了重置MTJ200器件，将Vdc提升至高电平。在一个实施例中，MTJ200器件的第二端子耦合至地。在一个实施例中，地是RF(射频)地。在一个实施例中，通过使用LNA901的输出来实现模拟随机数发生器。在一个实施例中，通过使用ADC902的输出来实现数字随机数发生器。
在该实施例中，由电路900来完成Vbias的施加和MTJ电流的相应感测。在其它实施例中，在MTJ200器件的地端子处执行电流感测，并且向MTJ200器件的第一端子施加可调节Vbias。
图10是根据本公开内容的一个实施例的形成非共线MTJ200器件的方法的流程图1000。尽管参考图10的流程图中的方框是以特定顺序显示，但是可以修改动作的顺序。因此，可以按照不同的顺序执行示出的实施例，并且可以并行执行一些动作/方框。根据特定实施例，图10中列出的一些方框和/或操作是可选的。所呈现的方框的编号是出于表述清楚的原因，而不是用于规定必须出现各方框中的操作的顺序。此外，可以以各种组合的形式来使用各种流程的操作。应该指出的是，图10的与任何其它附图中的元素具有相同的附图标记(或名称)的那些元素可以按照与所描述的方式相似的任何方式来进行操作或发挥作用，但不限于此。
在方框1001处，形成SAF堆叠体，即，形成固定铁磁层。在方框1002处，形成自由铁磁层。在方框1003处，将SAF堆叠体耦合至自由铁磁层，以使自由铁磁层与SAF堆叠体由MgO(或任何其它绝缘材料)分隔开。将SAF堆叠体耦合至自由铁磁堆叠体，以使SAF堆叠体与自由铁磁堆叠体是非共线的。在方框1004处，将第一端子耦合至自由铁磁层。第一端子用于提供偏置电压。在方框1005处，将第二端子耦合至SAF堆叠体。将第二端子耦合至地。
图11是根据本公开内容的一个实施例的具有包含非共线MTJ的随机数发生器的智能设备或计算机系统1600或SoC(片上系统)。应该指出的是，图11的与任何其它附图中的元素具有相同的附图标记(或名称)的那些元素可以按照与所描述的方式相似的任何方式来进行操作或发挥作用，但不限于此。
图11示出了可以使用平面表面接口连接器的移动设备的实施例的框图。在一个实施例中，计算设备1600表示移动计算设备，例如计算平板电脑、移动电话或智能电话、无线电子阅读器、或其它无线移动设备。应该理解的是，主要示出了某些部件，但并非这种设备的所有部件均在计算设备1600中示出。
在一个实施例中，根据所论述的实施例，计算设备1600包括具有包含非共线MTJ(例如，MTJ200)器件的随机数发生器的第一处理器1610。计算设备1600的其它方框还可以包括具有实施例的非共线MTJ器件的随机数发生器。本公开内容的各种实施例还可以包括1670内的诸如无线接口之类的网络接口，以使系统实施例可以并入到无线设备中，例如，并入到移动电话或个人数字助理中。
在一个实施例中，处理器1610(和/或处理器1690)可以包括一个或多个物理设备，例如微处理器、应用处理器、微控制器、可编程逻辑设备、或其它处理模块。在一个实施例中，处理器1690是可选的。由处理器1610执行的处理操作包括操作平台或操作系统的执行，在操作平台或操作系统上执行应用和/或设备功能。处理操作包括与和人类用户或其它设备进行的I/O(输入/输出)相关的操作、与功率管理相关的操作、和/或与将计算设备1600连接至另一个设备相关的操作。处理操作也可以包括与音频I/O和/或显示I/O相关的操作。
在一个实施例中，计算设备1600包括音频子系统1620，其代表与向计算设备提供音频功能相关联的硬件(例如，音频硬件和音频电路)部件和软件(例如，驱动器、编解码器)部件。音频功能可以包括扬声器和/或头戴式耳机输出，以及麦克风输入。用于这些功能的设备可以集成到计算设备1600中或连接到计算设备1600。在一个实施例中，用户通过提供由处理器1610接收并处理的音频命令来与计算设备1600交互。
显示子系统1630表示为用户提供视觉和/或触觉显示以与计算设备1600交互的硬件(例如，显示设备)部件和软件(例如，驱动器)部件。显示子系统1630包括显示接口1632，其包括用于向用户提供显示的特定屏幕或硬件设备。在一个实施例中，显示接口1632包括与处理器1610分开的逻辑以执行与显示相关的至少一些处理。在一个实施例中，显示子系统1630包括向用户提供输出和输入的触摸屏(或触摸板)设备。
I/O控制器1640表示和与用户的交互相关的硬件设备和软件部件。I/O控制器1640可操作用于管理作为音频子系统1620和/或显示子系统1630的一部分的硬件。另外，I/O控制器1640示出用于附加设备的连接点，附加设备连接到计算设备1600，用户可以通过计算设备1600来与系统进行交互。例如，可以附接到计算设备1600的设备可以包括麦克风设备、扬声器或立体声系统、视频系统或其它显示设备、键盘或辅助键盘设备、或用于特定应用的其它I/O设备(例如，读卡器或其它设备)。
如上所述，I/O控制器1640可以与音频子系统1620和/或显示子系统1630进行交互。例如，通过麦克风或其它音频设备的输入可以为计算设备1600的一个或多个应用或功能提供输入或命令。另外，替代显示输出或除了显示输出以外，可以提供音频输出。在另一个示例中，如果显示子系统1630包括触摸屏，则显示设备也起输入设备的作用，其可以至少部分地由I/O控制器1640管理。计算设备1600上也可以存在附加按键或开关以提供由I/O控制器1640管理的I/O功能。
在一个实施例中，I/O控制器1640管理诸如加速度计、照相机、光传感器或其它环境传感器之类的设备、或者可以包含在计算设备1600中的其它硬件。输入可以是直接用户交互的一部分，并且向系统提供环境输入以影响其操作(例如过滤噪声、针对亮度检测来调节显示器、为照相机应用闪光灯、或其它特征)也是直接用户交互的一部分。
在一个实施例中，计算设备1600包括功率管理1650，其管理电池功率使用、电池的充电和与节电操作相关的特征。存储器子系统1660包括用于在计算设备1600中存储信息的存储器设备。存储器可以包括非易失性(如果中断对存储器设备的供电，则状态不改变)存储器设备和/或易失性(如果中断对存储器设备的供电，则状态是不确定的)存储器设备。存储器子系统1660可以存储应用数据、用户数据、音乐、照片、文档或其它数据，以及与计算设备1600的应用和功能的执行相关的系统数据(无论长期的或暂时的)。
实施例的元件也可以被提供作为用于存储计算机可执行指令(例如，用于实现本文中讨论的任何其它过程的指令)的机器可读介质(例如，存储器1660)。机器可读介质(例如，存储器1660)可以包括但不限于闪存存储器、光盘、CD-ROM、DVD ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、相变存储器(PCM)、或适于存储电子或计算机可执行指令的其它类型的机器可读介质。例如，本公开内容的实施例可以作为计算机程序(例如，BIOS)而被下载，其可以经由通信链路(例如，调制解调器或网络连接)、通过数据信号的方式而从远程计算机(例如，服务器)传送到请求计算机(例如，客户端)。
连接1670包括使得计算设备1600能够与外部设备进行通信的硬件设备(例如，无线和/或有线连接器和通信硬件)和软件部件(例如，驱动器、协议栈)。计算设备1600可以是单独的设备，例如其它计算设备、无线接入点或基站，也可以是外围设备，如头戴式耳机、打印机，或是其它设备。连接1670可以包括多种不同类型的连接。概括来说，计算设备1600被示出为蜂窝式连接1672和无线连接1674。蜂窝式连接1672通常指的是由无线运营商提供的蜂窝网络连接，例如通过GSM(全球移动通信系统)或其变型或其衍生物、CDMA(码分多址)或其变型或其衍生物、TDM(时分复用)或其变型或其衍生物、或其它蜂窝服务标准所提供的蜂窝网络连接。无线连接(或无线接口)1674指的是非蜂窝式的无线连接，并且可以包括个人局域网(例如，蓝牙、近场等)、局域网(例如，Wi-Fi)、和/或广域网(例如，WiMax)、或其它无线通信。
外围连接1680包括用于进行外围连接的硬件接口和连接器、以及软件部件(例如驱动器、协议栈)。应当理解，计算设备1600既可以是连接到其它计算设备的外围设备(“到”1682)，也可以具有连接于其上的外围设备(“从”1684)。出于诸如管理(例如，下载和/或上载、改变、同步)计算设备1600上的内容等目的，计算设备1600通常具有用于连接到其它计算设备的“对接(docking)”连接器。另外，对接连接器可以允许计算设备1600连接到特定外围设备，所述特定外围设备允许计算设备1600控制例如到影音或其它系统的内容输出。
除了专用对接连接器或其它专用连接硬件以外，计算设备1600可以经由公共或基于标准的连接器进行外围连接1680。公共类型可以包括通用串行总线(USB)连接器(其可以包括任意数量的不同硬件接口)、包括MiniDisplayPort(MDP)的DisplayPort、高清晰度多媒体接口(HDMI)、火线(Firewire)或其它类型。
说明书中提及的“实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、或“其它实施例”表示结合实施例说明的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施例中，但不必是全部实施例。“实施例”、“一个实施例”、或“一些实施例”的多次出现不一定全都指代相同的实施例。如果说明书描述了部件、特征、结构或特性“可以”、“或许”或“能够”被包括，则该特定部件、特征、结构或特性不是必需被包括的。如果说明书或权利要求提及“一”元件，并非表示仅有一个元件。如果说明书或权利要求提及“另外的”元件，则并不排除存在多于一个的另外的元件。
此外，特定特征、结构、功能或特性可以以任何适合的方式组合到一个或多个实施例中。例如，第一实施例可以结合第二实施例，只要与这两个实施例相关联的特定特征、结构、功能或特性不互相排斥。
尽管已经结合了本公开内容的特定实施例对本公开内容进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所论述的实施例。本公开内容的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。
另外，为简化说明和讨论，并且为了避免使本公开内容难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出布置，以避免使本公开内容难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图设置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者在这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
下面的示例属于进一步的实施例。示例中的细节可以用于一个或多个实施例中的任何位置。也可以针对方法或过程来实施本文中所描述的装置的所有可选特征。
例如，在一个实施例中，装置包括：自由铁磁层；位于相对于自由铁磁层的非共线方向上的固定铁磁层；以及耦合至自由铁磁层的第一端子，第一端子用于向自由铁磁层提供偏置电压。在一个实施例中，装置还包括耦合至固定铁磁层的第二端子。在一个实施例中，第二端子耦合至地。
在一个实施例中，装置还包括用于产生具有可调节的电压电平的偏置电压的电路。在一个实施例中，电路可操作用于通过调节偏置电压来重置自由铁磁层。在一个实施例中，电路可操作用于通过调节偏置电压来使流过第一端子的电流随机化。在一个实施例中，自由铁磁层和所述固定铁磁层形成堆叠的平面内磁性隧道结(MTJ)器件。
在一个实施例中，装置还包括用于感测流过第一端子的电流的电流传感器，电流由偏置电压产生。在一个实施例中，自由铁磁层被设置为相对于固定铁磁层成90度。
在另一个示例中，在一个实施例中，提供了包括以下部件的系统：存储器；耦合至存储器的处理器，处理器具有以上装置；以及无线接口，其允许处理器与另一个设备进行通信。
在另一个示例中，提供了具有随机数发生器的集成电路，其包括：具有非共线设置的自由铁磁层和固定铁磁层的磁性隧道结(MTJ)；以及用于向自由铁磁层提供可调节的偏置电压的电路，该电路用于控制由MTJ器件感测到的电流的变化。在一个实施例中，集成电路还包括耦合至自由铁磁层以接收可调节的偏置电压的第一端子。
在一个实施例中，集成电路还包括用于感测流过第一端子的电流的电流传感器，电流由偏置电压产生。电路可操作用于通过调节偏置电压来重置自由铁磁层。在一个实施例中，电路可操作用于通过调节偏置电压来使流过第一端子的电流随机化。在一个实施例中，自由铁磁层被设置为相对于固定铁磁层成90度。
在另一个示例中，在一个实施例中，提供了包括以下部件的系统：存储器；耦合至存储器的集成电路，集成电路具有根据以上所述的集成电路的随机数发生器；以及无线接口，其允许处理器与另一个设备进行通信。
提供了摘要，该摘要将允许读者确定本技术公开内容的本质和要点。在理解了摘要不是用于限制权利要求的范围或含义的情况下提交摘要。在每个权利要求本身作为单独的实施例的情况下，下面的权利要求在此被并入到具体实施方式中。

Claims (18)

1.一种用于随机数产生的装置，所述装置包括：
自由铁磁层；
固定铁磁层，其位于相对于所述自由铁磁层的非共线方向上；
用于产生偏置电压以控制所述自由铁磁层的磁势垒的电路；以及
第一端子，其耦合至所述自由铁磁层，所述第一端子用于向所述自由铁磁层仅提供所述偏置电压。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括耦合至所述固定铁磁层的第二端子。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第二端子耦合至地。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述用于产生偏置电压的电路能够操作用于通过调节所述偏置电压来重置所述自由铁磁层。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述用于产生偏置电压的电路能够操作用于通过调节所述偏置电压来使流过所述第一端子的电流随机化。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述自由铁磁层和所述固定铁磁层形成堆叠的平面内磁性隧道结器件。
7.根据权利要求1所述的装置，还包括用于感测流过所述第一端子的电流的电流传感器，所述电流由于所述偏置电压而产生。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述自由铁磁层被设置为相对于所述固定铁磁层成90度。
9.一种具有随机数发生器的集成电路，所述集成电路包括：
磁性隧道结器件，其具有非共线设置的自由铁磁层和固定铁磁层；以及
用于向所述自由铁磁层仅提供偏置电压以控制所述自由铁磁层的磁势垒的电路，所述电路用于控制由所述磁性隧道结器件感测到的电流的方差。
10.根据权利要求9所述的集成电路，还包括耦合至所述自由铁磁层以接收所述可调节的偏置电压的第一端子。
11.根据权利要求10所述的集成电路，还包括用于感测流过所述第一端子的电流的电流传感器，所述电流由于所述偏置电压而产生。
12.根据权利要求9所述的集成电路，其中，所述用于提供偏置电压的电路能够操作用于通过调节所述偏置电压来重置所述自由铁磁层。
13.根据权利要求9所述的集成电路，其中，所述用于提供偏置电压的电路能够操作用于通过调节所述偏置电压来使流过所述第一端子的电流随机化。
14.根据权利要求9所述的集成电路，其中，所述自由铁磁层被设置为相对于所述固定铁磁层成90度。
15.一种用于随机数产生的系统，其包括：
存储器；
处理器，其耦合至所述存储器，所述处理器具有根据权利要求1至8中任一项所述的装置；以及
无线接口，其允许所述处理器与另一个设备进行通信。
16.根据权利要求15所述的系统，还包括显示单元。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述显示单元是触摸屏。
18.一种用于随机数产生的系统，其包括：
存储器；
处理器，其耦合至所述存储器，所述处理器具有根据权利要求9至14中任一项所述的集成电路的随机数发生器；以及
无线接口，其允许所述处理器与另一个设备进行通信。
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