Recent breakthroughs in associative memories suggest that silicon memories are coming closer to human memories, especially for memristive Content Addressable Memories (CAMs) which are capable to read and write in analog values. However, the Program-Verify algorithm, the state-of-the-art memristor programming algorithm, requires frequent switching between verifying and programming memristor conductance, which brings many defects such as high dynamic power and long programming time. Here, we propose an analog feedback-controlled memristor programming circuit that makes use of a novel look-up table-based (LUT-based) programming algorithm. With the proposed algorithm, the programming and the verification of a memristor can be performed in a single-direction sequential process. Besides, we also integrated a single proposed programming circuit with eight analog CAM (aCAM) cells to build an aCAM array. We present SPICE simulations on TSMC 28nm process. The theoretical analysis shows that 1. A memristor conductance within an aCAM cell can be converted to an output boundary voltage in aCAM searching operations and 2. An output boundary voltage in aCAM searching operations can be converted to a programming data line voltage in aCAM programming operations. The simulation results of the proposed programming circuit prove the theoretical analysis and thus verify the feasibility to program memristors without frequently switching between verifying and programming the conductance. Besides, the simulation results of the proposed aCAM array show that the proposed programming circuit can be integrated into a large array architecture.


翻译:最近关于联想记忆的突破表明,硅存储器越来越接近人类记忆,尤其是针对能够读写模拟值的记忆电阻器内容寻址存储器(CAM)。然而,时下最先进的记忆电阻器编程算法中的程序验证算法(Program-Verify algorithm)需要经常在验证电导率和编程电阻器之间进行切换,这带来许多缺陷,如高动态功率和长编程时间。在这里,我们提出了一种新颖的基于查找表(LUT-based)的模拟反馈控制记忆电阻器编程电路。采用所提出的算法,记忆电阻器的编程和验证可以在单向顺序过程中完成。除此之外,我们还将单个所提出的编程电路与八个模拟CAM(aCAM)单元集成,以构建一个aCAM阵列。我们提供了在TSMC 28nm工艺上的SPICE仿真。理论分析表明:1. aCAM单元内的记忆电阻器电导可以转换为aCAM搜索操作中的输出边界电压,以及2. aCAM搜索操作中的输出边界电压可以转换为aCAM编程操作中的编程数据线电压。所提出的编程电路的仿真结果证明了理论分析的可行性,从而验证了无需经常在验证电导率和编程电阻器之间切换的记忆电阻器编程的可行性。此外,所提出的aCAM阵列的仿真结果表明,所提出的编程电路可以集成到大型阵列体系结构中。

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