CN107077324A - 用于使用相变材料来生成随机数据的方法以及相关的设备和系统 - Google Patents

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Abstract

公开以及描述了能够操作用于生成随机数的设备和系统。这种设备和系统包括相变材料单格的阵列，所述相变材料单格被电耦合到如下电路，所述电路被配置用于将所述阵列中的所有单格初始地设定到高状态，将编程脉冲发送穿过所述阵列，所述编程脉冲具有如下电流，所述电流足以随机地将每个单格设定到高状态或低状态来生成贯穿所述阵列的单格状态的随机分布，以及从所述阵列读出所述单格状态的随机分布。

Description

用于使用相变材料来生成随机数据的方法以及相关的设备和 系统
背景技术
相变材料是能够反复地被转变成能够用于所期望的任务的不同物理状态中的材料。更具体地说，相变存储器是一种类型的非易失性随机存取存储器，该非易失性随机存取存储器将相变材料的物理状态的可检测的变化用作信息存储介质。例如，材料的相从非晶状态到结晶状态的变化或者相反的变化可以被诱导并且然后被检测，以便存储以及然后取回信息。作为简化的示例，硫族材料可以以将所述材料固化到非晶状态的方式来加热以及冷却，或者可以以将材料固化到结晶状态来加热以及冷却硫族。其它的特定的加热和冷却方案可以被用来导致硫族材料在完全非晶状态与完全结晶状态之间的范围上的不同的特定的结晶度来固化。
一旦固化，相变材料就是非易失性的。因此，相变材料状态，不论固化成结晶状态、半结晶状态、非晶状态还是半非晶状态，都被保持直至被重新编程。这是由于如下事实：一旦被固化，材料的状态就不取决于电输入。
附图说明
图1是根据本发明实施例的相变材料随机数生成(RNG)设备的示意图；
图2是根据本发明实施例的数据的图形表示；
图3是根据本发明实施例的相变材料RNG设备的示意图；
图4是根据本发明实施例的相变材料RNG设备的示意图；
图5是根据本发明实施例的相变材料RNG系统的示意图；以及
图6是根据本发明实施例的相变材料RNG系统的示意图。
具体实施方式
尽管下面的详细的描述为了说明的目的而包含很多特定内容，但是本领域技术人员将领会的是：可以作出对下面的细节的很多变型和改变并且可以认为将所述变型和改变包括到本文中。
相应地，在不丧失一般性的情况下以及在不对所阐明的任何权利要求强加限制的情况下来阐明下面的实施例。还应理解的是，本文中所使用的术语仅用于描述具体的实施例的目的并且不意图是限制性的。除非另作限定，否则本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本公开属于的领域中的普通技术人员通常所理解的相同的意义。
如本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代对象，除非上下文明确地另作指示。因此，例如，提及“一层”包括多个这样的层。
在本公开中，“包括(comprise)”，“包括有(comprising)”，“包含”和“具有”以及诸如此类的可以具有在美国专利法中赋予它们的意义，并且可以指的是“包括(include)”，“包括有(including)”以及诸如此类的，并且一般解释为开放式术语。术语“由…组成(consisting of)”或“由…组成(consist of)”是闭合式术语，并且只包括结合这些术语特定地列出的组件、结构、步骤、或诸如此类的，以及根据美国专利法的术语。“基本上由…组成(consisting essentially of)”或“基本上由…组成(consist essentially of)”具有通常由美国专利法中赋予它们的意义。特别是，这样的术语通常是封闭式术语，除了允许包括附加的物项、材料、组件、步骤或元件，其不在材料上影响结合其所使用的物项的基本以及新颖的特性或功能。例如，存在于合成物中但是不影响合成物性质和特性的微量元素如果在“基本上由…构成”的语言下呈现则是允许的，即使不在该术语后的物项的列表中明确列举。当使用开放式术语、如“包括”或“包含”时，应理解的是，如果明确作出陈述则也应直接支持“基本上由…构成”用语以及“由…构成”用语，并且反之亦然。
在说明书和权利要求书中的(如果有的话)术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及诸如此类的被用于在相似的元件之间进行区分并且不一定用于描述具体的顺序或时间顺序。应理解的是，这样使用的术语在合适的情况下是可交换的，使得本文中所描述的实施例例如能够以不同于在本文中所说明以及以其它方式描述的顺序来操作。相似地，如果一种方法在本文中被描述为包括一系列步骤，则这些步骤的如在本文中所呈现的顺序不一定是可以执行这些步骤的唯一顺序，并且某些所陈述的步骤可能能够被省去和/或某些本文中未描述的步骤可能能够被添加到所述方法。
在说明书和权利要求书中的(如果有的话)术语“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“之上”、“之下”以及诸如此类的被用于描述性目的并且不一定用于描述固定的相互位置。应理解的是，这样使用的术语在合适的情况下是可交换的，使得本文中描述的实施例例如能够以不同于在本文中所说明以及以其它方式描述的顺序来操作。如在本文中所使用的术语“耦合”被定义为以电或非电的方式来直接或间接连接。在本文中被描述为彼此“邻接”的对象或结构可以彼此物理接触、彼此位于附近、或者彼此在相同的总区或总区域中，正如合乎该措辞所使用的上下文。短语“一个实施例中”或“在一个方面”在本文中的出现不一定全都指的是同一实施例或方面。
如在本文中所使用的，“增强”、“改进”、“性能增强”、“升级”以及诸如此类的当与设备或过程的描述结合使用时指的是所述设备或过程的如下特性，所述特性提供了与先前已知的设备或过程相比测量上更好的形式或功能。这既适用于设备或过程中的单独组件的形状和功能，又适用于作为整体的这种设备或过程。
如在本文中所使用的，术语“基本上”指的是一种动作、特性、属性、状态、结构、物项或结果的完全或几乎完全的范围或程度。例如，“基本上”被包围的对象指的是要么完全被包围要么几乎完全被包围的对象。偏离于绝对完全性的刚好允许的程度在某些情况下可能取决于特定的上下文。然而，一般来说，对完全的接近将是以致如与获得了绝对或彻底的完全那样相同的结果。当在消极含义中使用“基本上”来指完全或几乎完全缺少一种行动、特性、属性、状态、结构、物项或结果时，“基本上”的使用同样适用。例如，“基本上没有”粒子的化合物要么完全没有粒子，要么几乎完全没有粒子，使得效果与如果完全没有粒子那样相同。换言之，“基本上没有”某一组分或元件的合成物实际上仍可以包含这种物项，只要不存在其可测量的效果。
如在本文中所使用的，术语“随机”意图根据其在本领域中的朴素的以及普通的意义来使用。同样，“随机”可以指的是关于随机数据生成(包括但不限于伪随机、随机、表观随机、真随机以及诸如此类的)的不可预测性的不同程度。
如在本文中所使用的，术语“大约”被用来通过假设给定的值可以在端点“上面一点点”或“下面一点点”来提供数值范围端点的灵活性。然而，应理解的是，即使术语“大约”结合特定的数值被用在本说明书中，除了“大约”术语之外还提供对所陈述的准确的数值的支持。
如在本文中所使用的，多个物项、结构元件、复合元件和/或材料为了简单可以被呈现在共同的列表中。然而，这些列表应被理解为仿佛所述列表的每个成员单独地被识别为单独的以及唯一的成员。因此在没有相反暗示的情况下，这种列表中没有单独的成员仅仅基于其呈现在共同的组中而应被理解为同一列表的任何其它成员的实际等效物项。
浓度、数量和其它数值数据在本文中可以以范围格式来表示或呈现。应理解的是，这种范围格式仅仅为了简单而使用，并且因此应灵活地被解释为不仅包括作为范围的界限而明确陈述的数值，而且包括该范围内所包含的所有单独的数值或子范围，就像每个数值和子范围被明确陈述了那样。作为说明，“大约1至大约5”的数值范围应被理解为不仅包括大约1至大约5的明确陈述的值，而且包括所说明的范围内的单独的值和子范围。因此，在该数值范围中所包括的是单独的值、例如2、3，和4以及子范围、例如从1-3、从2-4以及从3-5等等，以及单独地1、2、3、4和5。
该同一原理适用于仅仅将一个数值作为最小值和最大值来陈述的范围。此外，这种理解在不管所描述的范围或特性的宽度的情况下应当适用。
贯穿本说明书的对“一个示例”的引用指的是结合示例所描述的具体的特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，短语“在一个示例中”在贯穿本说明书中多个位置的出现不一定全都指的是同一实施例。
示例实施例
下面提供技术实施例的初始概览并且然后更详细地描述特定的技术实施例。该初始总结意图辅助读者更快地理解技术，但是不意图确定关键以及必要技术特征，也不意图限制所要求权利的发明主题的范围。
由随机数生成器(RNG)来生成随机数，或更具体地生成数据(包括一个或多个数字在内)具有有着广泛的应用。这种应用的示例可以包括但不限于密码学、统计抽样、计算机建模、设备/系统认证、博彩、随机化设计以及诸如此类的，包括在一个不可预知的结果是有益的或期望的其他应用。由于对具有某种程度的随机性的大的数字的需求增加，RNG已普遍从传统的机械RNG设备迁移到生成随机或伪随机数或数序列的计算算法。计算机算法在其本质上一般都是可以固有地在所生成的数序列中包含一定水平的不可辨识的模式的伪随机过程。因此，许多应用，特别是在安全和密码学领域中的应用优选实现或接近真正的随机性的RNG过程。在RNG设备的输出模式中的不可预测性的所期望的程度因此可以是给予应用的重要度的因素，随机数据将由用户或设计者用于所述应用。
当前提供不同的设备、系统和方法，其使用硬件实现方式用于生成随机数序序列，比如，例如具有通常不可预测的序列的一个或多个数字。当前范围包括任何程度的随机性，从伪随机到表观随机到真正的随机，以及已经故意地被偏置来在所期望的范围中生成或者来近似所期望的结果的数据生成。因此，“随机性”的概念是相对的，并且应基于所涉及的具体的应用、所预期的结果和/或数据中的所需的或所期望的水平的不可预测性来在给定的情形中加以评估。在一个示例中，随机可以具体指真正的随机。
在一个示例中，相变材料可以被用于生成随机性质的数据。这种材料能够重复地被改变到可检测地不同的以及稳定的结构状态中，并且因此可以被用于大量应用中，在所述应用中这种相变属性可以有益地被使用。一般而言，这种相变材料故意地被设定到给定状态来被用作转换、内存存储器、寻址或其它相似的应用。硫族(有时称为chalcogide)材料例如可以基于加热所述材料和/或将所述材料冷却到固化状态的方式来重复地从非晶状态被改变到结晶状态中。因此，电流可以被用于根据影响加热和/或冷却的不同的电流特性来将硫族材料固定到非晶状态或结晶状态中。例如，较高水平电流一般被用于将硫族材料设定到高状态或非晶状态，而较低水平电流一般被用于将硫族材料设定到低状态或结晶状态。所述材料的这些非易失性状态中的两者之一因此被保持，直到后续电流改变所述硫族的结构。附加地，在某些情况下，硫族材料也可以被固化成沿着从非晶到结晶的范围的多个状态，因而不一定限于二元应用。
在图1中示出使用相变材料的设备的非限制性设计的一般描述，包括被布置在至少两个电极104之间的相变材料102，所述电极可以输送电流来改变所述材料的结构状态，以及提供对装置功能性的电访问。这种电访问可以用于多种目的，比如，例如查询系统的状态、查询相变材料的单格(cell)的状态，读出相变材料的给定单格的值，以及诸如此类的。
在一个示例中，相变材料比如硫族材料可以通过首先将编程或重置信号应用到如下设备而被用作RNG，所述设备具有足以将硫族材料设定到高状态、或者换言之设定到非晶状态或能够作为非晶状态被检测的状态的电流。后续的编程或RNG电流于是被应用到被设定成高状态的硫族材料，其中RNG电流具有小于高电流但大于一般用于将材料设定成低状态的低电流的值。RNG电流于是引起硫族元素熔化并且重新固化成要么高状态要么低状态中，其中给定状态的概率是有效地随机的。因此，通过将硫族材料的一个或多个单格设定成高状态以及随后将这种RNG电流应用到所述材料可以实现有效的基于硬件的RNG。
用于在硫族材料中生成随机状态波动的电流在所述电流的电属性和/或瞬时特性方面可以是任何电流，所述电流可以引起材料随机地实现不同的状态。这种电流的不同的描述在特定的范围以及均一化的描绘中提供，而这不应被视为限制性的。作为一个示例，图2示出数据的均一化的表示，其中虚线('A')表示初始被固化成低状态中的硫族材料，在该低状态下，中间或RNG电流被施加增加的电流值。在此情况下，硫族的状态重新固化成低状态直到电流被增加到材料固化成高状态的点。针对该特定的数据集未见随机波动，其可以沿着图的y轴在均一化的电阻中看到。低状态是结晶的，并且因此具有低电阻，而高状态是非晶的，并且因此具有高电阻。然而，表示初始地被固化成高状态的硫族材料的实线('B')示出了随着电流增加而材料在高状态和低状态之间的随机波动。这些随机波动在图形上被表示为在图的顶部和底部之间由于材料在不同的状态下的电阻变化而来回迁移的实线。
如已经描述的，用于实现RNG效果的电流的具体的值可以根据设备设计、所使用的具体材料以及用于驱动电流的电压值而改变。因此，本领域技术人员一旦拥有本公开文件就可以容易地设计以及实现有用的RNG电流来实现针对给定设备或系统设计的这种随机结果。然而，在一个示例中，RNG或编程电流可以具有在从大约1V至大约15V的电压处的从大约100nA至大约10mA的电流值。在另一示例中，编程电流可以具有在从大约1V至大约15V的电压处的从大约300nA至大约5mA的电流。在另一示例中，编程电流可以具有在从大约1V至大约15V的电压处的从大约500nA至大约1mA的电流。在另一示例中，编程电流可以具有在从大约1V至大约15V的电压处的从大约700nA至大约800μA的电流。在另一示例中，编程电流可以具有在从大约1V至大约15V的电压处的从大约1μA至大约500μA的电流。在另一示例中，编程电流可以具有在从大约1V至大约15V的电压处的从大约15μA至大约100μA的电流。在另一示例中，编程电流可以具有在从大约1V至大约15V的电压处的从大约100nA至大约800μA的电流。在另一示例中，编程电流可以具有在从大约1V至大约15V的电压处的从大约1μA至大约10mA的电流。
也可能有用的是设计具有不同的结构和配置的RNG设备和系统，所述结构和配置允许结合使用相变材料的阵列来生成例如大随机数形式的随机数据。在某些情况下，随机数可以与从中生成随机数的阵列一样大。因此，在一个示例中，相变材料或材料单格的阵列可以被用于每重置/RNG处理事件生成单个随机数。在此情况下，相变材料单格被设定到高状态，施加RNG电流，并且于是生成单个随机数。在另一示例中，一个重置/RNG处理事件可以由阵列来生成多个随机数。在此情况下，相变存储器单格被设定为高，施加RNG电流，并且通过阵列来生成多个随机数。应注意的是，在很多情况下，在单个的重置/RNG处理事件中所生成的一个或多个数之间的不同可以取决于数据如何被从所述阵列读出和/或数据随后如何被处理。然而，在一些示例中，要考虑的是，分割点可以被引入到RNG过程中，或者甚至引入到硬件设计中，所述分割点在生成点处将数据分割成多个数。
如在图3中所示出的RNG设备的一个示例可以包括多个相变单格300，例如布置在至少一行中来形成可寻址的阵列的相变存储器单格。图3为了简单示出两个单格，而应理解的是，任何数量的单格被包括在当前范围中。每个单格300可以包括第一电极302、第二电极304和相变材料306，所述相变材料被定位在第一电极302和第二电极304之间，以及被电耦合到第一电极302和第二电极304。相变材料306于是能够响应于电流而在高状态和低状态之间进行相变。读取/写入控制器308被电耦合到阵列并且特定地被配置用于将所述阵列中的所有单格300编程到高状态中，并且随后将编程或RNG电流引入到阵列中，其足以随机地将每个单格300设定到高状态或低状态来生成贯穿阵列的单格状态的随机分布。关于相变材料的实际状态，在一个示例中，高状态是非晶状态或者基本上是非晶状态，而低状态是结晶状态或者基本上结晶状态。在另一示例中，高状态与低状态相比具有更高的非晶程度。附加地考虑材料的其它状态可以根据材料的物理特性来加以使用。
除了设定相变材料的状态和生成RNG电流、以及任何寻址、查询或其它有用功能之外，读取/写入控制器可以额外地可操作用于从阵列读出单格状态的随机分布。在某些方面，读取/写入控制器可以被特定地设计用于将阵列重置到高状态并且随后将RNG脉冲引入到所述阵列中。在其它方面，用于相变存储器的标准读取/写入存储器控制器可以在控制器被修改成如所描述运作的前提下被使用。因此，不管设计如何，读取/写入控制器可以包括如下电路，所述电路被配置用于特定地生成编程脉冲或一系列编程脉冲，所述编程脉冲或一系列编程脉冲不被考虑在先前的读取/写入控制器设计中，因为在使用未将相变材料的状态明白地设定到高状态或低状态的电流时有存储器错误的可能性。
在比如结合图3所描述的RNG设备设计的另一示例中，多个存储器单格可以以行和列被布置来形成二维阵列。在另一示例中，多个二维阵列可以被包括在堆叠配置中。这种二维阵列和三维阵列可以极大地增加所生成的随机数的大小。因此，应理解的是，RNG设备或系统的大小可以根据所述设备或系统的所期望的用途而变化。在一些示例中，设备或系统可以包括一个、两个、或多个单格。在其它示例中，阵列大小可以根据存储容量来测量，如在相变存储器单格的情况下那样。因此应考虑的是，这种设备可以包括如下内存大小，所述内存大小用于生成千字节、兆字节、吉字节、几十吉字节、几百吉字节、几千吉字节或者更多的数量级上的这种随机数据。用于给定存储器大小的设备可以包括单个阵列或多个阵列，所述单个阵列或多个阵列被定位在平面布置中、堆叠布置中、平面和堆叠布置中或者任何其它所考虑的布置中。
在另一示例中，RNG设备可以将相变存储器单格合并到阵列中，并且因此可以使用在传统的相变存储器阵列中所使用的不同的结构、设计、和实现方式，包括编程、寻址、I/O处理以及诸如此类的。图4示出了可以被用在这种阵列中的存储器单格设计的一种非限制性示例。这种存储器单格可以包括堆叠结构，所述堆叠结构具有至少三个电极，第一电极402、第二电极404和第三电极406。相变材料408被布置在第一电极402和第二电极404之间并且选择设备材料410被布置在第三电极406和第二电极404之间。在一个示例中，选择设备材料410可以被用于对单格或一组单格进行寻址，并且相变材料408可以被用于生成针对RNG过程的随机状态。附加地应考虑的是，在一些示例中该布置可以被转换。
总得来说，相变材料可以包括任何有用材料，所述材料在相方面具有稳定的以及可检测的变化。这种材料的示例包括多种硫族合金中的任何物质，包括但不限制于Ge-Te、In-Se、Sb-Te、Ge-Sb、Ga-Sb、In-Sb、As-Te、Al-Te、Ge-Sb-Te、Te-Ge-As、In-Sb-Te、In-Se-Te、Te-Sn-Se、Ge-Se-Ga、Bi-Se-Sb、Ga-Se-Te、Sn-Sb-Te、In-Sb-Ge、Te-Ge-Sb-S、Te-Ge-Sn-O、Te-Ge-Sn-Au、Pd-Te-Ge-Sn、In-Se-Ti-Co、Ge-Sb-Te-Pd、Ge-Sb-Te-Co、Sb-Te-Bi-Se、Ag-In-Sb-Te、Ge-Sb-Se-Te、Ge-Sn-Sb-Te、Ge-Te-Sn-Ni、Ge-Te-Sn-Pd、和Ge-Te-Sn-Pt以及其它的。如在本文中所使用的带连字符的化学合成物符号表示包括在具体的混合物或化合物中的元素、例如硫族合金，并且意图表示涉及所指示的元素的所有化学计量，例如GeXSbYTeZ，其在化学计量中具有比如Ge2Sb2Te5、Ge2Sb2Te7、Ge1Sb2Te4、Ge1Sb4Te7之类的变型方案来形成梯度。
应注意的是，选择设备材料一般由相变材料构成，并且比如上面的示范性的硫族材料也是可应用的。在用于相变材料层和选择设备材料层的给定存储器单格中使用的实际的硫族材料根据所述设备的设计可以是不同的或相同的。
在另一示例中，提供如下相变材料设备，其可操作用于生成随机数。这种设备可以包括电耦合到电路的相变材料单格的阵列，所述电路被配置成或可操作用于将所述阵列中的所有单格初始地设定到高状态，发送编程脉冲穿过所述阵列，所述编程脉冲具有如下电流，所述电流足以随机地将每个单格要么设定到高状态要么设定到低状态来生成贯穿所述阵列的单格状态的随机分布，以及用于从所述阵列中读出单格状态的随机分布。附加地，在一些示例中，电路可以被配置用于将单格状态的随机分布与一个或多个随机数进行相关。附加地应考虑的是，单格状态的随机分布的相关可以在单独的处理器元件中发生。在其它示例中，电路可以被配置为偏置到单格状态的随机分布中。这可以通过改变所使用的RNG电流来生成单格状态的分布、或者通过在从所述阵列中读出期间或之后将偏置引入到数据集中来实现。偏置可以附加地在输送RNG电流到所述阵列中之前或之后通过穿过阵列(或所述阵列的一部分)的单独的或不同的电流引入。
附加地应考虑的是，所述单格状态的随机分布可以从所述阵列中以任何可设想的顺序来读出，从有序地读出至随机的读出。在一个示例中，从阵列中读出单格状态的随机分布根据按行的过程来进行。在另一示例中，从阵列中读出单格状态的随机分布根据按列的过程来进行。在另一示例中，从所述阵列中读出单格状态的随机分布是根据无序的过程来进行的，或者在某些情况下按照随机顺序过程来进行。因此，所述单格状态的随机分布可以进一步受读出过程影响。
附加地，考虑使用相变材料来合并RNG过程的多个设备和系统。使用这种随机相变过程的任何系统和设备被考虑在当前范围中。在一种非限制性的示例中，提供一种设备认证系统，如在图5中所示出的那样。这种系统500可以包括设备认证模块502和RNG模块504。RNG模块504可以包括被布置在至少一行中以形成可寻址的阵列506的多个相变材料单格，其中每个单格包括第一电极、第二电极和相变材料，所述相变材料被定位在第一电极和第二电极(未示出)之间，并且被电耦合到第一电极和第二电极。相变材料单格能够响应于电流而在高状态和低状态之间进行相变。读取/写入控制器508被电耦合到阵列506并且特定地被配置用于将阵列506中的所有单格编程到高状态，用于随后将编程电流引入到阵列506中，所述编程电流足以随机地将每个单格设定到高状态或低状态来生成贯穿所述阵列506的单格状态的随机分布，以及用于从所述阵列506读出所述单格状态的随机分布。此外，输入/输出总线501被电耦合到读取/写入控制器508，并且结构上被配置用于将单格状态的随机分布转移到认证模块502。
在另一示例中，提供用于生成随机数的系统600，如在图6中所示出的那样。这种系统可以包括：输入总线602，其被配置用于将针对随机数的查询传送到系统中；RNG模块604，其包括多个相变材料单格，所述相变材料单格被布置在至少一行中来形成可寻址的阵列605，每个单格包括第一电极、第二电极和相变材料，所述相变材料被定位在所述第一电极和第二电极之间并且被电耦合到所述第一电极和第二电极(未示出)。相变材料单格能够响应于电流而在高状态和低状态之间进行相变。附加地，读取/写入控制器606被电耦合到所述RNG模块604的阵列。读取/写入控制器606特定地被配置用于：从所述输入总线602接收针对随机数的查询；将所述阵列中的所有单格编程到高状态；随后将编程电流引入到所述阵列中；所述编程电流足以随机地将每个单格都设定到高状态或低状态来生成贯穿所述阵列的单格状态的随机分布；以及从所述阵列读出单格状态的随机分布。所述系统可以进一步包括输出总线608，所述输出总线608被电耦合到读取/写入控制器606并且在结构上被配置用于从所述读取/写入控制器606传送单格状态的随机分布。
在一个示例中，提供使用多个离散相变材料单格的阵列来生成随机数的方法。这种方法可以包括：将高重置脉冲发送穿过所述阵列来将阵列中的多个单格中的每个编程到高状态；发送编程脉冲穿过所述阵列，所述编程脉冲具有如下电流，所述电流足以随机地将每个单格设定到高状态或低状态中来形成贯穿所述阵列的单格状态的随机分布；以及从所述阵列中读出所述单格状态的随机分布。在另一示例中，所述方法可以包括将所述单格状态的随机分布与随机数进行相关。
在一种示范性的发明实施例中，提供随机数生成器设备。这种设备可以包括多个单格，所述多个单格被布置在至少一行中以形成可寻址的阵列，其中每个单格包括第一电极、第二电极和相变材料，其中所述相变材料被电耦合到第一电极和第二电极之间，其中相变材料能够响应于电流而在高状态和低状态之间进行相变。示例实施例进一步包括读取/写入控制器，其被电耦合到所述阵列并且特定地被配置用于将阵列中的所有单格编程到高状态，以及随后将编程电流引入到阵列中，所述编程电流足以随机地将每个单格设定到高状态或低状态来生成贯穿所述阵列的单格状态的随机分布。
在一个示例中，多个单格以行和列被布置来形成二维阵列。
在一个示例中，所述设备可以在堆叠的配置中包括多个二维阵列。
在一个示例中，编程电流具有在从大约1V到大约15V的电压处的从大约100nA至大约10mA的电流。
在一个示例中，编程电流具有在从大约1V到大约15V的电压处的从大约300nA至大约5mA的电流。
在一个示例中，高状态是非晶状态或者基本上非晶状态，而低状态是结晶状态或基本上结晶状态。
在一个示例中，高状态与低状态相比具有更高的非晶程度。
在示范性的发明实施例中，提供能够操作来生成随机数的相变材料设备，其包括相变材料单格的阵列，所述相变材料单格被电耦合到如下电路，所述电路被配置用于将所述阵列中的所有单格都初始地设定到高状态，将编程脉冲发送穿过所述阵列，所述编程脉冲具有如下电流，所述电流足以随机地将每个单格设定到要么高状态要么低状态，来生成贯穿所述阵列的单格状态的随机分布，以及从所述阵列读出单格状态的随机分布。
在一个示例中，所述设备进一步被配置用于将单格状态的随机分布与随机数进行相关。
在一个示例中，所述设备进一步被配置用于将偏置引入到单格状态的随机分布中。
在一个示例中，从所述阵列读出单格状态的随机分布是根据按照行的过程来进行的。
在一个示例中，从所述阵列读出单格状态的随机分布是根据按照列的过程来进行的。
在一个示例中，从所述阵列读出单格状态的随机分布是根据无序的过程来进行。
在示范性的发明实施例中，提供设备认证系统。这种系统可以包括设备认证模块和随机数生成模块，所述随机数生成模块包括多个相变材料单格，所述相变材料单格被布置在至少一行中来形成可寻址的阵列。每个单格包括第一电极、第二电极和相变材料，所述相变材料被电耦合在所述第一电极和第二电极之间，其中所述相变材料单格能够响应于电流而在高状态和低状态之间进行相变。随机数生成模块进一步包括读取/写入存储器控制器，其被电耦合到所述阵列，并且特定地被配置用于将所述阵列中的所有单格编程到高状态中，随后将编程电流引入到所述阵列中，所述编程电流足以随机地将每个单格设定到高状态或低状态来生成贯穿所述阵列的单格状态的随机分布，以及从所述阵列读出单格状态的随机分布。设备认证系统进一步包括输入/输出总线，其被电耦合到读取/写入存储器控制器，并且在结构上被配置用于将单格状态的随机分布转移到所述认证模块。
在一个示例中，多个单格以行和列被布置来形成二维阵列。
在一个示例中，随机数生成模块进一步在堆叠的配置中包括多个二维阵列。
在一个示范性的发明实施例中，提供用于生成随机数的系统。这种系统可以包括：输入总线，其被配置用于将针对随机数的查询传送到所述系统中；随机数生成模块，所述随机数生成模块包括多个相变材料单格，所述相变材料单格被布置在至少一行中来形成可寻址的阵列。每个存储器单格包括第一电极、第二电极和相变材料，所述相变材料被定位在第一电极和第二电极之间，并且被电耦合到所述第一电极和所述第二电极，其中相变材料单格能够响应于电流而在高状态和低状态之间进行相变。所述系统进一步包括读取/写入存储器控制器，所述读取/写入存储器控制器被电耦合到所述阵列并且特定地被配置用于从所述输入总线接收针对随机数的查询，将所述阵列中的所有单格编程到高状态，随后将编程电流引入到所述阵列中，所述编程电流足以随机地将每个单格设定到高状态或低状态来生成贯穿所述阵列的单格状态的随机分布，以及从所述阵列读出单格状态的随机分布。所述系统还包括输出总线，所述输出总线被电耦合到所述读取/写入存储器控制器，并且在结构上被配置用于从所述读取/写入存储器控制器来传送单格状态的随机分布。
在一个示例中，多个单格以行和列被布置来形成二维阵列。
在一个示例中，随机数生成模块包括在堆叠的配置中的多个二维阵列。
在示范性的发明实施例中，提供使用多个离散的相变材料单格的阵列来生成随机数的方法。这种方法可以包括：发送高重置脉冲穿过所述阵列来将阵列中的多个单格中的每个都编程到高状态；发送编程脉冲穿过所述阵列，所述编程脉冲具有如下电流，所述电流足以随机地将每个单格都设定到高状态中或低状态中来形成贯穿阵列的单格状态的随机分布；以及从所述阵列读出单格状态的随机分布。
在一个示例中，所述方法进一步包括将单格状态的随机分布与随机数进行相关。
在一个示例中，编程脉冲具有在从大约1V至大约15V的电压处的从大约100nA至大约10mA的电流。
在一个示例中，编程脉冲具有在从大约1V至大约15V的电压处的从大约300nA至大约5mA的电流。
在一个示例中，从阵列读出单格状态的随机分布是根据按照行的过程来进行的。
在一个示例中，从阵列读出单格状态的随机分布是根据按照列的过程来进行的。
在一个示例中，从阵列读出单格状态的随机分布是根据无序的过程来进行的。
在一个示例中，所述方法进一步包括将电偏置引入到编程脉冲来将偏置引入到单格状态的随机分布中。
前面的示例在一个或多个具体的应用中说明了特定的实施例，而对于本领域技术人员来说明显的是，在不偏离本文中所陈述的原理和概念的情况下可以作出在形式、使用和实现细节方面的大量修改。

Claims (23)

1.一种随机数生成器设备，包括：
多个单格，所述多个单格被布置在至少一行中来形成能够寻址的阵列，每个单格包括：
第一电极；
第二电极；
相变材料，所述相变材料被电耦合在所述第一电极和所述第二电极之间，所述相变材料能够响应于电流而在高状态和低状态之间进行相变；以及
读取/写入控制器，其被电耦合到所述阵列并且被配置为将所述阵列中的所有单格都编程到高状态并且随后将编程电流引入到所述阵列中，所述编程电流足以随机地将每个单格都设定到所述高状态或所述低状态来生成贯穿所述阵列的单格状态的随机分布。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个单格以行和列被布置来形成二维阵列。
3.根据权利要求2所述的设备，进一步包括在堆叠的配置中的多个二维阵列。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述编程电流具有在从大约1V至大约15V的电压处的从大约100nA至大约10mA的电流。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述高状态是非晶状态或者实质上非晶状态，而所述低状态是结晶状态或者实质上结晶状态。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述高状态与所述低状态相比具有较高的非晶的程度。
7.一种相变材料设备，其能够操作用于生成随机数，所述相变材料设备包括相变材料单格的阵列，所述相变材料单格被电耦合到电路，所述电路被配置为：
将所述阵列中的所有单格初始地设定到高状态；
将编程脉冲发送穿过所述阵列，所述编程脉冲具有如下电流，所述电流足以随机地将每个单格都设定到所述高状态或低状态来生成贯穿所述阵列的单格状态的随机分布；以及
从所述阵列读出所述单格状态的随机分布。
8.根据权利要求7所述的设备，进一步被配置为将所述单格状态的随机分布与随机数进行相关。
9.根据权利要求7所述的设备，进一步被配置为将偏置引入到所述单格状态的随机分布中。
10.根据权利要求7所述的设备，其中从所述阵列读出所述单格状态的随机分布是根据按照行的过程来进行的。
11.根据权利要求7所述的设备，其中从所述阵列读出所述单格状态的随机分布是根据按照列的过程来进行的。
12.一种设备认证系统，包括：
设备认证模块；
随机数生成模块，包括：
多个相变材料单格，所述多个相变材料单格被布置在至少一行中来形成能够寻址的阵列，每个单格包括：
第一电极；
第二电极；以及
相变材料，所述相变材料被电耦合在所述第一电极和所述第二电极之间，所述相变材料单格能够响应于电流而在高状态和低状态之间进行相变；
读取/写入存储器控制器，其被电耦合到所述阵列并且特定地被配置为将所述阵列中的所有单格编程到高状态，随后将编程电流引入到所述阵列中，所述编程电流足以随机地将每个单格都设定到高状态或低状态来生成贯穿所述阵列的单格状态的随机分布，以及从所述阵列读出所述单格状态的随机分布；以及
输入/输出总线，其被电耦合到所述读取/写入存储器控制器并且在结构上被配置为将所述单格状态的随机分布转移到所述认证模块。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述多个单格以行和列被布置来形成二维阵列。
14.根据权利要求13所述的系统，进一步包括在堆叠的配置中的多个二维阵列。
15.一种用于生成随机数的系统，包括：
输入总线，其被配置为将针对随机数的查询传送到所述系统；
随机数生成模块，包括：
多个相变材料单格，所述多个相变材料单格被布置在至少一行中来形成能够寻址的阵列，每个存储器单格包括：
第一电极；
第二电极；以及
相变材料，所述相变材料被电耦合在所述第一电极和所述第二电极之间，所述相变材料单格能够响应于电流而在高状态和低状态之间进行相变；
读取/写入存储器控制器，其被电耦合到所述阵列并且特定地被配置为从所述输入总线接收针对所述随机数的查询，将所述阵列中的所有单格编程到高状态，随后将编程电流引入到所述阵列中，所述编程电流足以随机地将每个单格设定到所述高状态或所述低状态来生成贯穿所述阵列的单格状态的随机分布，以及从所述阵列读出所述单格状态的随机分布；以及
输出总线，其被电耦合到所述读取/写入存储器控制器并且在结构上被配置为从所述读取/写入存储器控制器来传送所述单格状态的随机分布。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述多个单格以行和列被布置来形成二维阵列。
17.根据权利要求16所述的系统，进一步包括在堆叠的配置中的多个二维阵列。
18.一种使用多个离散的相变材料单格的阵列生成随机数的方法，包括：
发送高重置脉冲穿过所述阵列来将所述阵列中的多个单格中的每个单格编程到高状态；
发送编程脉冲穿过所述阵列，所述编程脉冲具有如下电流，所述电流足以随机地将每个单格设定到所述高状态或低状态来形成贯穿所述阵列的单格状态的随机分布；以及
从所述阵列读出所述单格状态的随机分布。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括将所述单格状态的随机分布与随机数进行相关。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述编程脉冲具有在从大约1V至大约15V的电压处的从100nA至大约10mA的电流。
21.根据权利要求18所述的方法，其中从所述阵列读出所述单格状态的随机分布是根据按照行的过程来进行的。
22.根据权利要求18所述的方法，其中从所述阵列读出所述单格状态的随机分布是根据按照列的过程来进行的。
23.根据权利要求18所述的方法，进一步包括将电偏置引入到所述编程脉冲来将偏置引入到所述单格状态的随机分布中。
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