KR20240012838A - Pulse generating method using memristor, recording medium, and device for performing the method - Google Patents

Pulse generating method using memristor, recording medium, and device for performing the method Download PDF

Info

Publication number
KR20240012838A
KR20240012838A KR1020220090302A KR20220090302A KR20240012838A KR 20240012838 A KR20240012838 A KR 20240012838A KR 1020220090302 A KR1020220090302 A KR 1020220090302A KR 20220090302 A KR20220090302 A KR 20220090302A KR 20240012838 A KR20240012838 A KR 20240012838A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
memristor
pulse
logic gate
clock
logic
Prior art date
Application number
KR1020220090302A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
송대건
양정규
이현동
정재훈
김태학
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020220090302A priority Critical patent/KR20240012838A/en
Publication of KR20240012838A publication Critical patent/KR20240012838A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/027Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of logic circuits, with internal or external positive feedback
    • H03K3/037Bistable circuits
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/20Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits characterised by logic function, e.g. AND, OR, NOR, NOT circuits
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/01Details
    • H03K3/012Modifications of generator to improve response time or to decrease power consumption

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

Abstract

본 발명에 의한, 멤리스터를 이용한 펄스 발생 방법은, 멤리스터로 구성된 논리 게이트에 하나 이상의 클럭을 입력하는 단계; 및 상기 하나 이상의 클럭 신호를 상기 논리 게이트의 스파이크 현상을 이용하여 하나 이상의 인에이블 신호로 출력하는 단계를 포함하며, 상기 인에이블 신호는 상기 클럭의 상승과 하강 모두에서 발생하는 펄스를 포함한다. 이에 의해, 인버터 체인에 의한 면적 오버헤드가 커지지 않고, 매우 짧은 펄스 폭의 인에이블 신호를 발생할 수 있다. 또한, 이러한 펄스 신호를 이용하여 전체 칩의 전력 소모를 감소시킬 수 있는 펄스 래치를 구동할 수 있다.According to the present invention, a pulse generation method using a memristor includes the steps of inputting one or more clocks to a logic gate composed of a memristor; and outputting the one or more clock signals as one or more enable signals using spikes of the logic gate, wherein the enable signals include pulses occurring on both the rising and falling sides of the clock. As a result, the area overhead due to the inverter chain does not increase, and an enable signal with a very short pulse width can be generated. Additionally, this pulse signal can be used to drive a pulse latch that can reduce power consumption of the entire chip.

Description

멤리스터를 이용한 펄스 발생 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치{PULSE GENERATING METHOD USING MEMRISTOR, RECORDING MEDIUM, AND DEVICE FOR PERFORMING THE METHOD }Pulse generation method using memristor, recording medium and device for performing the same {PULSE GENERATING METHOD USING MEMRISTOR, RECORDING MEDIUM, AND DEVICE FOR PERFORMING THE METHOD }

멤리스터를 이용한 펄스 발생 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 멤리스터로 구성된 논리 게이트에서 발생하는 스파이크(SPIKE) 현상을 이용하여 입력 클럭의 상승과 하강 모두에서 펄스가 발생하는 인에이블 신호를 생성할 수 있는 펄스 발생 기술에 관한 것이다.This relates to a pulse generation method using a memristor, a recording medium, and a device for performing the same. More specifically, it relates to a pulse generation method on both the rising and falling sides of an input clock using the SPIKE phenomenon occurring in a logic gate composed of a memristor. It relates to a pulse generation technology that can generate an enable signal.

이진법 컴퓨터의 발전은 소자의 소형화를 통한 집적기술 향상을 기 반으로 이루어져 왔다. FinFET, Nanosheet FET은 이러한 트랜드를 보여주는 좋은 예이다. 그러나, 소자 소형화 기술이 수nm까지 접어듦에 따라 기술의 난이도가 급 속도로 상승하고 있으며, 다양한 연구에서 이러한 발전이 곧 한계에 다다를 것을 예견하고 있다. 따라서, 업계는 연산 성능 향상을 위한 새로운 방법을 모색하고 있다.The development of binary computers has been based on improvements in integration technology through miniaturization of devices. FinFET and Nanosheet FET are good examples of this trend. However, as device miniaturization technology approaches several nanometers, the difficulty of the technology is rapidly increasing, and various studies predict that this development will soon reach its limit. Therefore, the industry is seeking new ways to improve computational performance.

3진법 연산 체계는 2진법 연산 체계보다 약 36.9% 가량 적은 연산 숫자와 저장 공간을 필요로 한다. 이러한 3진법 연산 체계의 특징은 연산 회로의 고밀도, 고성능 구현을 가능하게 한다. 3진법 연산 체계가 가지고 있는 이러한 장 점으로 인해 3진법 반도체는 컴퓨터 성능 발전을 위한 핵심 요소로 현재 매우 큰 주목을 받고 있다.The ternary arithmetic system requires approximately 36.9% fewer calculations and storage space than the binary arithmetic system. The characteristics of this ternary arithmetic system enable high-density, high-performance implementation of arithmetic circuits. Due to these advantages of the ternary calculation system, ternary semiconductors are currently receiving great attention as a key element for the development of computer performance.

또한, 소자 기술이 발달함에 따라 3진법 컴퓨터를 설계할 수 있는 Tenary CMOS, CNTFET, memristor 등 다양한 소자들이 등장하였다. 이러한 기술의 등장은 3진법 컴퓨터로 발전할 확실한 계기를 마련해 주었다.In addition, as device technology has developed, various devices such as tenary CMOS, CNTFET, and memristor that can design ternary computers have appeared. The emergence of this technology provided a clear opportunity for the development of ternary computers.

3진법 논리 게이트를 구현할 수 있는 다양한 소자들(Ternary CMOS, CNTFET, memristor 등) 중, 멤리스터(memristor)와 MOSFET로 구성된 3진법 논리 게이트는 현재로서 유일하게 상용공정을 이용할 수 있다는 장점을 가지고 있으며, 높 은 집적도 또한 달성할 수 있다는 장점을 가지고 있다. Among the various devices that can implement ternary logic gates (Ternary CMOS, CNTFET, memristor, etc.), the ternary logic gate consisting of a memristor and MOSFET has the advantage of being the only one currently available using a commercial process. , it has the advantage of being able to achieve high integration as well.

또한, 펄스 래치는 기존의 master-slave 방식의 플립플롭을 대체하기 위해 제안되었다. 최근 디지털 VLSI 설계에서 순차회로가 전체 칩 면적의 약 20%를 차지함에 따라, 적은 면적의 순차회로 설계가 중요해지고 있다. 펄스 래치란 기존 클럭을 매우 짧은 폭의 펄스로 변환시킨 뒤 입력 받는 순차회로로, 클럭의 에지에서 값을 전달하는 플립플롭과 동일하게 동작한다 Additionally, a pulse latch was proposed to replace the existing master-slave flip-flop. As sequential circuits occupy approximately 20% of the total chip area in recent digital VLSI design, designing sequential circuits with a small area is becoming important. A pulse latch is a sequential circuit that converts an existing clock into pulses of very short width and then receives input. It operates in the same way as a flip-flop that transmits values at the edge of the clock.

기존의 펄스 래치에 사용되는 펄스 발생회로는 인버터 체인 기반으로 설계된다. 따라서 매우 짧은 펄스 폭을 구현하기 위해서는 인버터 체인에 의한 면적 오버헤드(overhead)가 커지는 단점이 있다.The pulse generation circuit used in the existing pulse latch is designed based on an inverter chain. Therefore, in order to implement a very short pulse width, there is a disadvantage that the area overhead due to the inverter chain increases.

KRKR 10-1689159 10-1689159 B1B1 KRKR 10-2018-0013789 10-2018-0013789 AA CNCN 111046617 111046617 AA

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발 명의 목적은 인버터 체인에 의한 면적 overhead가 커지지 않고, 매우 짧은 펄스 폭을 구현가능한 멤리스터를 이용한 펄스 발생 방법에 관한 것이다.Accordingly, the technical problem of the present invention was conceived from this point, and the purpose of the present invention is to relate to a pulse generation method using a memristor that can implement a very short pulse width without increasing the area overhead due to the inverter chain.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 멤리스터를 이용한 펄스 발생 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 기록 매체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a recording medium on which a computer program for performing the pulse generation method using the memristor is recorded.

본 발명의 또 다른 목적은 멤리스터를 이용한 펄스 발생 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a pulse generating device using a memristor.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 멤리스터를 이용한 펄스 발생 방법은, 멤리스터로 구성된 논리 게이트에 하나 이상의 클럭을 입력하는 단계; 및 상기 하나 이상의 클럭 신호를 상기 논리 게이트의 스파이크 현상을 이용하여 하나 이상의 인에이블 신호로 출력하는 단계를 포함하며, 상기 인에이블 신호는 상기 클럭의 상승과 하강 모두에서 발생하는 펄스를 포함한다.A pulse generation method using a memristor according to an embodiment for realizing the object of the present invention described above includes the steps of inputting one or more clocks to a logic gate composed of a memristor; and outputting the one or more clock signals as one or more enable signals using spikes of the logic gate, wherein the enable signals include pulses occurring on both the rising and falling sides of the clock.

본 발명의 실시예에서, 상기 논리 게이트는 AND, TAND, OR 및 TOR 게이트 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.In an embodiment of the present invention, the logic gate may include one or more of AND, TAND, OR, and TOR gates.

본 발명의 실시예에서, 상기 펄스의 폭은 상기 논리 게이트의 스위칭 지연에 따라 상이할 수도 있다.In an embodiment of the present invention, the width of the pulse may be different depending on the switching delay of the logic gate.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에는, 멤리스터를 이용한 펄스 발생 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록되어 있을 수도 있다.A computer program for performing a pulse generation method using a memristor may be recorded on a computer-readable storage medium on which a computer program according to an embodiment for realizing the above-described other object of the present invention is recorded.

상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른멤리스터를 이용한 펄스 발생 장치는, 프로세서; 상기 프로세서에 연결되는 메모리를 포함하되, 상기 메모리는, 멤리스터로 구성된 논리 게이트에 하나 이상의 클럭을 입력하고, 상기 하나 이상의 클럭 신호를 상기 논리 게이트의 스파이크 현상을 이용하여 하나 이상의 인에이블 신호로 출력하며, 상기 인에이블 신호는 상기 클럭의 상승과 하강 모두에서 발생하는 펄스를 포함하도록, 상기 프로세서에 의해 실행되는 프로그램 명령어들을 저장할 수도 있다.A pulse generating device using a memristor according to an embodiment for realizing another object of the present invention described above includes a processor; Includes a memory connected to the processor, wherein the memory inputs one or more clock signals to a logic gate composed of a memristor, and outputs the one or more clock signals as one or more enable signals using a spike phenomenon of the logic gate. In addition, the enable signal may store program instructions executed by the processor such that it includes pulses occurring on both the rising and falling sides of the clock.

본 발명의 실시예에서, 상기 논리 게이트는 AND, TAND, OR 및 TOR 게이트 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.In an embodiment of the present invention, the logic gate may include one or more of AND, TAND, OR, and TOR gates.

본 발명의 실시예에서, 상기 펄스의 폭은 상기 논리 게이트의 스위칭 지연에 따라 상이할 수도 있다.In an embodiment of the present invention, the width of the pulse may be different depending on the switching delay of the logic gate.

이와 같은 멤리스터를 이용한 펄스 발생 방법에 따르면, 인버터 체인에 의한 면적 오버헤드가 커지지 않고, 매우 짧은 펄스 폭의 인에이블 신호를 발생할 수 있다.According to this pulse generation method using a memristor, an enable signal with a very short pulse width can be generated without increasing the area overhead due to the inverter chain.

또한, 이러한 펄스 신호를 이용하여 전체 칩의 전력 소모를 감소시킬 수 있는 펄스 래치를 구동할 수 있다.Additionally, this pulse signal can be used to drive a pulse latch that can reduce power consumption of the entire chip.

또한, 이러한 펄스 발생기술은 2진 펄스 래치를 비롯한 차세대 컴퓨팅 기술로 주목을 받고 있는 3진 펄스 래치와 같이 필요한 회로 구성에 광범위하게 적용이 가능하다.In addition, this pulse generation technology can be widely applied to necessary circuit configurations such as binary pulse latch and ternary pulse latch, which is attracting attention as a next-generation computing technology.

도 1은 종래의 펄스 래치와 펄스 발생기를 나타낸다.
도 2는 종래의 펄스 발생기에서 발생된 파형을 나타낸다.
도 3은 멤리스터의 심볼과 특성, 이를 이용한 논리 게이트의 개략도와 및 심볼을 나타낸다.
도 4는 NTI, PTI, STI 게이트의 개략도와 나타낸다.
도 5는 멤리스터를 이용한 논리 게이트의 개략도, 입력에 따른 논리 게이트의 상태 및 스파이크 현상을 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 멤리스터를 이용한 3진 펄스 래치의 개략도를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 멤리스터를 이용한 펄스 발생기의 개략도를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 멤리스터를 이용한 펄스 발생기에서 발생한 펄스를 나타낸다.
1 shows a conventional pulse latch and pulse generator.
Figure 2 shows a waveform generated by a conventional pulse generator.
Figure 3 shows the symbol and characteristics of a memristor and a schematic diagram and symbol of a logic gate using it.
Figure 4 shows a schematic diagram of NTI, PTI, and STI gates.
Figure 5 is a schematic diagram of a logic gate using a memristor, showing the state and spike phenomenon of the logic gate according to the input.
Figure 6 shows a schematic diagram of a ternary pulse latch using a memristor according to the present invention.
Figure 7 shows a schematic diagram of a pulse generator using a memristor according to the present invention.
Figure 8 shows a pulse generated by a pulse generator using a memristor according to the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여 기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항 에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거 나 유사한 기능을 지칭한다.The detailed description of the present invention described below refers to the accompanying drawings, which show by way of example specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the invention are different from one another but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures and characteristics described herein with respect to one embodiment may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention. Additionally, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the detailed description that follows is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the invention is limited only by the appended claims, together with all equivalents to what those claims assert, if properly described. Similar reference numbers in the drawings refer to identical or similar functions across various aspects.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세 하게 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 종래의 펄스 래치와 펄스 발생기에 관한 개략도이다. 1 is a schematic diagram of a conventional pulse latch and pulse generator.

도 1을 참조하면, 현대 디지털 VLSI에서 펄스 래치는 실리콘 전체 영역의 약 20%를 차지하는, 직렬 구성에 의한 영역을 감소시키기 위해 MSTFF의 대안으로서 연구된다.Referring to Figure 1, in modern digital VLSI, pulse latches are studied as an alternative to MSTFF to reduce the area due to series configuration, which occupies about 20% of the total silicon area.

펄스 래치는 클럭 (CLK)의 에지 (edge)로부터 입력값을 출력값으로 저장하는 플립 플롭(flip-flop)과 동일한 역할을 수행하며, 플립 플롭과 가장 큰 차이점은 인에이블 신호 (enable signal)로서 좁은 펄스 신호를 사용하는 점이다. 펄스 래치는 CLK 신호를 좁은 펄스로 변환하는 펄스 발생기가 필요하다. A pulse latch performs the same role as a flip-flop that stores the input value as an output value from the edge of the clock (CLK). The biggest difference from a flip-flop is the enable signal, which has a narrow The point is to use a pulse signal. A pulse latch requires a pulse generator that converts the CLK signal into narrow pulses.

도 2는 펄스 발생기에서 발생된 파형을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 펄스 발생기의 인버터 체인의 지연(td,INV +(N ×td,BU F))으로 발생하는 펄스 신호를 사용하는 종래의 이진 펄스 래치 (CBPL : binary pulsed-latch)를 나타낸다.Figure 2 shows the waveform generated by the pulse generator. Referring to Figure 2, a conventional binary pulsed-latch (CBPL: binary pulsed-latch) using a pulse signal generated by the delay (td, INV + (N × t d, BU F )) of the inverter chain of the pulse generator is used. indicates.

CLK의 상승 에지에서 펄스는 펄스 발생기에 의해 생성된다. 이 펄스에 의해 펄스 래치는 이 펄스의 폭에 대응하는 짧은 시간동안 투명 (transparent)해지고 입력값을 출력 Q에 저장한다.A pulse on the rising edge of CLK is generated by a pulse generator. Due to this pulse, the pulse latch becomes transparent for a short time corresponding to the width of this pulse and stores the input value in the output Q.

도 3은 멤리스터의 심볼과 특성, 멤리스터로 구성된 논리 게이트의 개략도 및 심볼을 설명하기 위한 도면이다. 본 도면에서는 3진 논리 게이트인 TOR 게이트 및 TAND 게이트를 기재하였으나, 동일한 멤리스터 구성으로 2진 논리 게이트인 OR 게이트 및 AND 게이트로 동작할 수 있다.FIG. 3 is a diagram for explaining the symbol and characteristics of a memristor and a schematic diagram and symbol of a logic gate made of a memristor. In this drawing, the TOR gate and TAND gate, which are ternary logic gates, are described, but the same memristor configuration can operate as the OR gate and AND gate, which are binary logic gates.

멤리스터는 인가된 전류의 방향에 따라 저항이 변화하는 수동 소자이다. 도 3(a)에서 전류가 IN에서 OUT 방향으로 흐를 때 멤리스터의 저항은 Ron까지 감소한다. 반대로, 전류가 OUT에서 IN 방향으로 흐를 때 멤리스터의 저항은 Roff까지 증가한다A memristor is a passive element whose resistance changes depending on the direction of the applied current. In Figure 3(a), when current flows from IN to OUT, the resistance of the memristor decreases to Ron. Conversely, when current flows from OUT to IN direction, the resistance of the memristor increases to Roff.

반대로 멤리스터 저항은 전류가 'OUT'에서 'IN'으로 흐를 때 Roff까지 증가합니다. 정적 전류를 줄이려면 더 높은 Ron 및 Roff 값이 필요하다.Conversely, the memristor resistance increases up to Roff when current flows from 'OUT' to 'IN'. Higher Ron and Roff values are required to reduce static current.

본 발명에서, 3진 회로는 다음의 각 게이트 전압 (VGS) 상태에서 MOSFET을 사용한다.In the present invention, the ternary circuit uses MOSFETs in each of the following gate voltage (VGS) states.

VGS = 0: NMOS는 OFF, PMOS는 ON.VGS = 0: NMOS is OFF, PMOS is ON.

VGS = VDD/2: NMOS와 PMOS가 모두 ONVGS = VDD/2: Both NMOS and PMOS are ON

VGS = VDD: NMOS는 ON, PMOS는 OFFVGS = VDD: NMOS ON, PMOS OFF

성능 트레이드오프를 보장하기 위해 VDD와 Vth 사이의 일반적인 비율은 CMOS 회로에서 5:1이다. 따라서 MOSFET은 VGS = VDD/2에서 ON 인 것이 바람직하다.To ensure a performance trade-off, the typical ratio between VDD and Vth is 5:1 in CMOS circuits. Therefore, it is desirable for the MOSFET to be ON at VGS = VDD/2.

도 4는 본 발명의 3진 인버터 (NTI, PTI, STI 게이트)의 개략도 및 심볼을 나타낸다. Figure 4 shows a schematic diagram and symbols of the ternary inverter (NTI, PTI, STI gate) of the present invention.

본 발명의 3진 논리는 예를 들어, (-1, 0, +1) 또는 (0, 1, 2)의 3 가지 논리값을 갖는 균형 3진법을 기반으로 설계될 수 있다. 논리 값 (-1, 0, +1) 또는 (0, 1, 2)은 (GND, VDD/2, VDD) 중 하나의 전압 레벨로 사용할 수 있다.The ternary logic of the present invention can be designed based on a balanced ternary method with three logic values, for example, (-1, 0, +1) or (0, 1, 2). Logic values (-1, 0, +1) or (0, 1, 2) can be used as one of the voltage levels (GND, VDD/2, VDD).

도 4를 참조하면, 3진 논리에는 네거티브 삼진 인버터(NTI), 포지티브 3진 인버터(PTI) 및 STI의 세 가지 유형의 인버터가 필요하다. 또한, 아래의 표 1은 이러한 게이트의 진리표와 동작을 보여줍니다.Referring to Figure 4, ternary logic requires three types of inverters: negative ternary inverter (NTI), positive ternary inverter (PTI), and STI. Additionally, Table 1 below shows the truth table and behavior of these gates.

NTI의 경우, 논리 입력이 '0'(VDD/2) 및 '+1'(VDD)일 때 NMOS가 온 된다. 멤리스터의 저항은 NMOS 온 될때 출력이 풀다운될 수 있을 만큼 충분히 높아야 한다. PTI의 경우, 논리 입력이 '-1'(GND) 및 '0'(VDD/2)일 때 PMOS가 온된다.For NTI, NMOS turns on when the logic inputs are '0' (VDD/2) and '+1' (VDD). The resistance of the memristor must be high enough to pull down the output when the NMOS is turned on. For PTI, the PMOS is turned on when the logic inputs are '-1' (GND) and '0' (VDD/2).

STI의 경우, 적용된 로직 입력이 '-1'(GND) 또는 '+1'(VDD)일 때 PMOS 또는 NMOS가 온되고 출력이 VDD로 풀업되거나 GND로 풀다운된다. For STI, when the applied logic input is '-1' (GND) or '+1' (VDD), the PMOS or NMOS is turned on and the output is pulled up to VDD or pulled down to GND.

따라서 이 STI의 동작은 2진 인버터와 매우 유사하다. 그러나, 인가된 논리 입력이 '0'(VDD/2)일 때 STI의 동작은 2진 인버터와 매우 상이하다. 논리 입력 '0'(VDD/2)에서는 PMOS와 NMOS가 모두 온되어 M1과 M2 사이에 전압 분포가 적용된다. 두 멤리스터의 저항이 같기 때문에 출력 노드의 전압은 VDD/2가 된다.Therefore, the operation of this STI is very similar to a binary inverter. However, when the applied logic input is '0' (VDD/2), the operation of the STI is very different from that of the binary inverter. At logic input '0' (VDD/2), both PMOS and NMOS are turned on and voltage distribution is applied between M1 and M2. Since the resistance of both memristors is the same, the voltage at the output node becomes VDD/2.

도 5는 논리 게이트의 개략도, 입력에 따른 논리 게이트의 상태 및 스파이크 현상을 나타낸다. 본 도면에서는 3진 논리 게이트인 TOR 게이트 및 TAND 게이트를 기재하였으나, 동일한 멤리스터 구성으로 2진 논리 게이트인 OR 게이트 및 AND 게이트로 동작할 수 있다.Figure 5 shows a schematic diagram of a logic gate, the state of the logic gate according to the input, and the spike phenomenon. In this drawing, the TOR gate and TAND gate, which are ternary logic gates, are described, but the same memristor configuration can operate as the OR gate and AND gate, which are binary logic gates.

도 5를 참조하면, 멤리스터 기반의 TAND (또는 AND)와 TOR (또는 OR)는 멤리스터가 BEOL에 통합될 수 있기 때문에 '제로' 실리콘 영역을 점유하는 이점이 있다. 그러나 멤리스터 기반의 논리 게이트는 그림 5b와 같이 의도하지 않은 전압 스파이크가 발생한다. Referring to Figure 5, memristor-based TAND (or AND) and TOR (or OR) have the advantage of occupying 'zero' silicon area because the memristor can be integrated into the BEOL. However, memristor-based logic gates generate unintended voltage spikes, as shown in Figure 5b.

예를 들어 IN1 이 VDD 이며, IN2가 0V인 경우 해당 전류는 IN1에서 IN2로 흐르고 TAND (또는 AND) 게이트는 '상태 (State) 1'이 된다. 이후 입력이 반전되면(IN1: VDD → 0V, IN2: 0V → VDD) 해당 전류는 IN2에서 IN1으로 흐른다. 이때 멤리스터 1(M1)과 멤리스터 2(M2)의 저항이 바뀌기 시작하고('상태 2,' M1:Roff → Ron, M2:Ron → Roff ), 전압 분배 규칙에 따라 출력 노드에서 스파이크가 발생한다. 멤리스터의 저항 전환이 완료된 후 TAND의 상태는 결국 '상태 3'으로 수렴된다. 이 스파이크는 상태를 '상태 3 → 상태 4 → 상태 1'로 변경하면서 동일하게 발생한다.For example, if IN1 is VDD and IN2 is 0V, the current flows from IN1 to IN2 and the TAND (or AND) gate becomes 'State 1'. Afterwards, when the input is inverted (IN1: VDD → 0V, IN2: 0V → VDD), the corresponding current flows from IN2 to IN1. At this time, the resistance of memristor 1 (M1) and memristor 2 (M2) begins to change ('state 2,' M1:Roff → Ron, M2:Ron → Roff), and a spike occurs at the output node according to the voltage distribution rule. do. After the memristor's resistance switching is completed, the state of the TAND eventually converges to 'state 3'. This spike occurs equally while changing the state from 'state 3 → state 4 → state 1'.

도 6은 본 발명에 따른 멤리스터 기반 3진 펄스 래치의 개략도이다.Figure 6 is a schematic diagram of a memristor-based ternary pulse latch according to the present invention.

전술한 CBPL를 개선하여, CLK의 에지에서 3진 입력 값을 출력 Q에 저장하는 최초의 멤리스터 기반 3진 펄스 래치(MTPL : Memristor based ternary Pulsed Latch )를 제공한다. By improving the above-mentioned CBPL, we provide the first memristor-based ternary pulsed latch (MTPL) that stores the ternary input value at the edge of CLK to the output Q.

도 6을 참조하면, 본 발명에서 제안한 펄스 래치(10)는 도 1a에서 설명한 기존 2진법의 트랜스미션 (transmission) 게이트 기반 래치와 동일한 구조를 가지나, 2진 인버터를 3진 인버터인 STI(Standard ternary inverter)(110)로 대체하였다. 또한, 본 도면에서는 모든 인버터가 STI로 기재되었지만 필요에 따라 일부만 대체될 수도 있다.Referring to FIG. 6, the pulse latch 10 proposed in the present invention has the same structure as the existing binary transmission gate-based latch described in FIG. 1A, but replaces the binary inverter with a ternary inverter (STI). ) was replaced with (110). Additionally, in this drawing, all inverters are described as STI, but only some of them may be replaced as needed.

도 7은 본 발명에 따른 멤리스터 기반 펄스 발생기의 개략도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 멤리스터 기반 펄스 발생기(20)는 클럭을 인버터 (210) 및 TAND 게이트(330)로 구성되며, 클럭을 입력받아 인에이블 신호를 생성한다. 또한, 본 펄스 방생기는 TAND 게이트(330) 대신 AND 게이트, TOR 및 OR 게이트를 사용할 수 있다.7 is a schematic diagram of a memristor-based pulse generator according to the present invention. Referring to FIG. 7, the memristor-based pulse generator 20 according to the present invention is composed of a clock inverter 210 and a TAND gate 330, and receives a clock input to generate an enable signal. Additionally, this pulse generator can use AND gates, TOR, and OR gates instead of the TAND gate 330.

TAND 게이트(330)의 스파이크 현상을 사용하여 인버터 체인의 지연이 아닌 인에이블 신호인, 펄스를 생성하고 펄스 폭은 TAND 게이트(330)의 스위칭 지연에 따라 달라진다. The spike phenomenon of the TAND gate 330 is used to generate a pulse, which is an enable signal rather than a delay of the inverter chain, and the pulse width varies depending on the switching delay of the TAND gate 330.

본 발명의 MTPL(20)은 16개의 트랜지스터와 10개의 멤리스터로 구성될 수 있다. 이 경우 16개의 트랜지스터 면적을 사용하므로 MSTFF 대비 실리콘 면적의 72.7%만을 차지한다.The MTPL 20 of the present invention may be composed of 16 transistors and 10 memristors. In this case, since the area of 16 transistors is used, it occupies only 72.7% of the silicon area compared to MSTFF.

도 8은 본 발명에 따른 멤리스터 기반 펄스 발생기에서 발생한 펄스를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 펄스 신호, 즉 스파이크는 MTPL에 대한 CLK의 상승 및 하강 에지 모두에서 발생한다. 그 결과, 더블 에지 트리거 플립플롭과 동일한 기능을 제공하므로 설계자가 단일 트리거 플립플롭 클럭 주파수의 1/2을 사용할 수 있다. 즉, 본 펄스 래치를 이용하면 원 주파수 대비 2배 느린 주파수에서도 원 주파수와 동일하게 동작할 수 있기 때문에 느린 주파수를 사용할 수 있다. 이는 전체 칩의 전력 소모를 줄일 수 있다. 아래의 표 2는 MSTFF와 MTPL의 특성을 비교한 것이다.Figure 8 shows a pulse generated from a memristor-based pulse generator according to the present invention. Referring to Figure 8, pulse signals, or spikes, occur on both the rising and falling edges of CLK relative to MTPL. The result is the same functionality as a double-edge-triggered flip-flop, allowing designers to use half the clock frequency of a single-triggered flip-flop. In other words, using this pulse latch, a slower frequency can be used because it can operate at the same frequency as the original frequency even at a frequency that is twice slower than the original frequency. This can reduce power consumption of the entire chip. Table 2 below compares the characteristics of MSTFF and MTPL.

이와 같은, 멤리스터와 MOSFET을 이용한 펄스 발생 방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로 그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. Such a pulse generation method using a memristor and a MOSFET can be implemented as an application or in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination.

또한, 상기 프로그램은 프로세서에 연결된 메모리에 저장되어, 상기 프로세서에 의해 실행될 수도 있다.Additionally, the program may be stored in a memory connected to the processor and executed by the processor.

상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. The program instructions recorded on the computer-readable recording medium may be those specifically designed and configured for the present invention, or may be known and usable by those skilled in the computer software field.

컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스 크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, and magneto-optical media such as floptical disks. optical media), and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc.

프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of program instructions include not only machine language code such as that created by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform processing according to the invention and vice versa.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이 해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments, those skilled in the art can make various modifications and changes to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will be able to do this.

본 발명은 면적 오버헤드가 커지지 않고, 매우 짧은 펄스 폭의 인에이블 신호를 발생할 수 있다. 이러한 기술은 2진 펄스 래치를 비롯한 차세대 컴퓨팅 기술로 주목을 받고 있는 3진법 연산 체계 및 펄스가 필요한 회로 구성에 광범위하게 적용이 가능하다. 따라서, 반도체 산업 전반에 걸쳐 유용하게 적용될 수 있다.The present invention can generate an enable signal with a very short pulse width without increasing area overhead. This technology can be widely applied to circuit configurations that require pulses and ternary arithmetic systems that are attracting attention as next-generation computing technologies, including binary pulse latches. Therefore, it can be usefully applied throughout the semiconductor industry.

10 : 펄스 래치
110 : 표준 3진 인버터
130 : 인에이블 신호
20 : 펄스 발생기
210 : 인버터
230 : 멤리스터 게이트
10: pulse latch
110: Standard ternary inverter
130: enable signal
20: pulse generator
210: inverter
230: memristor gate

Claims (7)

멤리스터로 구성된 논리 게이트에 하나 이상의 클럭을 입력하는 단계; 및
상기 하나 이상의 클럭 신호를 상기 논리 게이트의 스파이크 현상을 이용하여 하나 이상의 인에이블 신호로 출력하는 단계를 포함하며,
상기 인에이블 신호는 상기 클럭의 상승과 하강 모두에서 발생하는 펄스를 포함하는, 멤리스터를 이용한 펄스 발생 방법.
Inputting one or more clocks to a logic gate composed of a memristor; and
Outputting the one or more clock signals as one or more enable signals using spikes of the logic gate,
The enable signal includes pulses generated on both the rising and falling sides of the clock.
제 1항에 있어서,
상기 논리 게이트는 AND, TAND, OR 및 TOR 게이트 중 하나 이상을 포함하는, 멤리스터를 이용한 펄스 발생 방법.
According to clause 1,
A pulse generation method using a memristor, wherein the logic gate includes one or more of AND, TAND, OR, and TOR gates.
제 1항에 있어서,
상기 펄스의 폭은 상기 논리 게이트의 스위칭 지연에 따라 상이한, 멤리스터를 이용한 펄스 발생 방법.
According to clause 1,
A pulse generation method using a memristor, wherein the width of the pulse varies depending on the switching delay of the logic gate.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 따른 상기 멤리스터를 이용한 펄스 발생 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체.
A computer-readable storage medium on which a computer program for performing the pulse generation method using the memristor according to any one of claims 1 to 3 is recorded.
멤리스터와 MOSFET을 이용한 펄스 래치 구동 장치로서,
프로세서;
상기 프로세서에 연결되는 메모리를 포함하되,
상기 메모리는,
멤리스터로 구성된 논리 게이트에 하나 이상의 클럭을 입력하고,
상기 하나 이상의 클럭 신호를 상기 논리 게이트의 스파이크 현상을 이용하여 하나 이상의 인에이블 신호로 출력하며,
상기 인에이블 신호는 상기 클럭의 상승과 하강 모두에서 발생하는 펄스를 포함하도록, 상기 프로세서에 의해 실행되는 프로그램 명령어들을 저장하는, 멤리스터를 이용한 펄스 발생 장치.
A pulse latch driving device using a memristor and MOSFET,
processor;
Including a memory connected to the processor,
The memory is,
Input one or more clocks to logic gates composed of memristors,
Outputting the one or more clock signals as one or more enable signals using spikes of the logic gate,
A pulse generating device using a memristor, wherein the enable signal stores program instructions executed by the processor such that it includes pulses generated at both rising and falling sides of the clock.
제 5항에 있어서,
상기 논리 게이트는 AND, TAND, OR 및 TOR 게이트 중 하나 이상을 포함하는, 멤리스터를 이용한 펄스 발생 장치.
According to clause 5,
A pulse generator using a memristor, wherein the logic gate includes one or more of AND, TAND, OR, and TOR gates.
제 5항에 있어서,
상기 펄스의 폭은 상기 논리 게이트의 스위칭 지연에 따라 상이한, 멤리스터를 이용한 펄스 발생 장치.
According to clause 5,
A pulse generator using a memristor, wherein the width of the pulse varies depending on the switching delay of the logic gate.
KR1020220090302A 2022-07-21 2022-07-21 Pulse generating method using memristor, recording medium, and device for performing the method KR20240012838A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220090302A KR20240012838A (en) 2022-07-21 2022-07-21 Pulse generating method using memristor, recording medium, and device for performing the method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220090302A KR20240012838A (en) 2022-07-21 2022-07-21 Pulse generating method using memristor, recording medium, and device for performing the method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240012838A true KR20240012838A (en) 2024-01-30

Family

ID=89715590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220090302A KR20240012838A (en) 2022-07-21 2022-07-21 Pulse generating method using memristor, recording medium, and device for performing the method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240012838A (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101689159B1 (en) 2015-07-10 2016-12-23 울산과학기술원 Standard ternary inverter logic circuit
KR20180013789A (en) 2016-07-28 2018-02-07 휴렛 팩커드 엔터프라이즈 디벨롭먼트 엘피 Ternary content addressable memories
CN111046617A (en) 2019-12-23 2020-04-21 杭州电子科技大学 Three-value digital logic gate circuit based on memristor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101689159B1 (en) 2015-07-10 2016-12-23 울산과학기술원 Standard ternary inverter logic circuit
KR20180013789A (en) 2016-07-28 2018-02-07 휴렛 팩커드 엔터프라이즈 디벨롭먼트 엘피 Ternary content addressable memories
CN111046617A (en) 2019-12-23 2020-04-21 杭州电子科技大学 Three-value digital logic gate circuit based on memristor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Navi et al. High-speed full adder based on minority function and bridge style for nanoscale
Cunha et al. Quaternary look-up tables using voltage-mode CMOS logic design
KR19980014135A (en) Charge recycling differential logic (CRDL) circuits and devices using the circuits
US10033356B2 (en) Reduced power set-reset latch based flip-flop
US10833664B2 (en) Supply tracking delay element in multiple power domain designs
Kumar et al. Comparative analysis of D flip-flops in terms of delay and its variability
KR20230154166A (en) D flip-flop, processor and computing device including D flip-flop
Mahmoodi-Meimand et al. Dual-edge triggered level converting flip-flops
Lin et al. Single stage static level shifter design for subthreshold to I/O voltage conversion
KR20240012838A (en) Pulse generating method using memristor, recording medium, and device for performing the method
Dhande et al. VLSI implementation of ternary gates using Tanner Tool
Sun et al. A high-performance 64-bit adder implemented in output prediction logic
Yadav et al. Performance comparison of ONOFIC and LECTOR based approaches for Leakage Power Reduction
Haniotakis et al. Memory-less pipeline dynamic circuit design technique
Di et al. Ultra-low power multi-threshold asynchronous circuit design
Maheshwari A Comparative Analysis for Low-voltage, Low-power, and Low-energy Flip-flops
RoopaNandini et al. A Novel low power dynamic barrel shifter using footed diode domino logic
Sharma et al. True Single Phase Clocking Flip-Flop Design using Multi Threshold CMOS Technique
Shadwani et al. Design and Analysis of High-Performance and Low-Power Quaternary Latch, Quaternary D Flip-Flop and XY Flip-Flop
Núñez et al. Two-Phase MOBILE Interconnection Schemes for Ultra-Grain Pipeline Applications
Gaikwad Ternary Clock Signal Generation Using Binary Clock Signals
VG et al. Implementation and Comparative Analysis of Low Power Multiplexers Using Dynamic Logic Styles
Reefat et al. Comparative Analysis of MOSFET and FinFET Based Full Protected Soft Error Tolerant Latch
Lenin et al. Ultra Low Power Voltage Deviate-Domino Logic Circuits with Low Noise Tolerance System
Merlin et al. High-Performance of Domino Logic Circuit for Wide Fan-In Gates Using Mentor Graphics Tools

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right