存算一体存储器、逻辑运算方法及电子设备与流程

本技术涉及半导体芯片存储运算，尤其涉及一种存算一体存储器、逻辑运算方法及电子设备。

背景技术：

1、冯诺依曼架构是一种将处理器与存储器分为两个独立的器件的架构。处理器通过存储器的控制单元从存储器中读取数据，然后再将处理结果回存到存储器中。但这种架构在构建之初，是以处理器和存储器的处理速度接近的前提。随着处理器的性能提升，处理器的处理速度远远超过了存储器的处理速度，这种处理速度上的差异大大影响了处理器的数据运算的效率。

2、一种改进方式是将存储器的一部分结构作为处理部分，得到存算一体存储器，其在根本上解决了独立的处理器和存储器处理速度不匹配的问题，大大提升了数据运算的效率。但在这种改进方式下，存算一体存储器中的处理部分不再执行存储，故在其额外占据存算一体存储器的存储区域面积的情况下，导致了存算一体存储器相比于一般的存储器存储容量降低；除此以外，其改变了原有的存储器芯片制造工艺，增大了芯片制造难度，同时还会因为存算一体存储器中的处理部分和存储部分不兼容的问题，降低存算一体存储器处理数据的速率。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种存算一体存储器、逻辑运算方法及电子设备，基于存算一体存储器中存储的数据，在存算一体存储器的存储部分进行运算，并将运算后的数据结果存储在该存储部分上，实现了在不降低存算一体存储器的存储容量和处理数据的速率下的存算一体。

2、为达到上述目的，本技术的实施例采用如下技术方案：

3、第一方面，提供了一种存算一体存储器，包括控制器和存储阵列，存储阵列的每个存储单元为半浮栅晶体管；半浮栅晶体管包括第一输入端、第二输入端、第三输入端和半浮栅；控制器用于：向半浮栅晶体管的第一输入端输出第一电压信号，向半浮栅晶体管的第二输入端输出第二电压信号，向半浮栅晶体管的第三输入端输出用于指示控制变量的第三电压信号；第三电压信号用于调整半浮栅的电压感应状态；控制变量用于指示半浮栅不同的电压感应状态；第一电压信号和第二电压信号用于在半浮栅不同的电压感应状态下对半浮栅的电压进行调整；调整后的半浮栅的电压用于指示：第一电压信号对应的输入变量与第二电压信号对应的输入变量之间进行逻辑运算的运算结果。

4、本技术实施例通过上述设置，实现了基于半浮栅晶体管对数据进行存储，并使用半浮栅晶体管对存储的数据进行逻辑运算处理，然后将逻辑运算处理得到的运算结果存储在该半浮栅晶体管的半浮栅中。在不减少存算一体存储器的存储容量的基础上，实现了快速且完备的逻辑运算。

5、在一些可能的实施方式中，半浮栅晶体管具体包括：漏极、选择栅极、控制栅极以及位于控制栅极的半浮栅；选择栅极为第一输入端、控制栅极为第三输入端，或者，控制栅极为第一输入端、选择栅极为第三输入端；漏极为第二输入端。本技术实施例通过选择栅极和控制栅极中的任意一个作为第三输入端来输入第三控制电压，然后通过另一个来作为第一输入端来输入第一控制电压。两种形式下，通过对第一控制电压和第三控制电压具体的电压值的调控，方案的实现效果一致。

6、在一些可能的实施方式中，在相邻的两个周期内：在后一周期内半浮栅的电压由第一电压信号、第二电压信号、第三电压信号以及在前一周期内半浮栅的电压确定；在前一周期内半浮栅的电压用于指示存储变量；在后一周期内半浮栅的电压用于指示目标公式输入第一电压信号对应的输入变量、第二电压信号对应的输入变量和存储变量后得到的运算结果；目标公式由半浮栅的电压感应状态确定。本技术实施例通过第三电压信号来调整半浮栅的电压感应状态，半浮栅在不同的电压感应状态下时，输入的第一电压信号和第二电压信号对应的输入变量与半浮栅的存储变量之间表现出不同的运算逻辑，即对应不同的目标公式。通过第三控制电压可以确定半浮栅晶体管的目标公式，然后根据确定的目标公式进行逻辑运算。

7、在一些可能的实施方式中，当控制变量为1时，目标公式为：当控制变量为0时，目标公式为：其中，z'为存储变量；z为运算结果；t1为第一电压信号对应的输入变量；为第一电压信号对应的输入变量进行逻辑“非”运算后的值；t2为第二电压信号对应的输入变量。本技术实施例通过输入不同的控制变量来确定对应的目标公式实现对输入变量和存储变量的运算。

8、在一些可能的实施方式中，控制器用于：控制第一电压信号指示对应的输入变量为1，控制第二电压信号指示对应的输入变量为0，以及，控制第三电压信号指示控制变量为1，使得半浮栅的电压指示的运算结果为0，以对半浮栅进行第一初始化。本技术实施例通过该操作可以实现将半浮栅晶体管内存储数据擦除的操作或者实现写入0的操作。

9、在一些可能的实施方式中，控制器用于：在第一周期内，对半浮栅进行第一初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示对应的输入变量为0，控制第二电压信号指示第一输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0，使得半浮栅的电压指示的运算结果为第一输入变量。本技术实施例通过该操作实现在半浮栅晶体管中存储入第一输入变量的操作。

10、在一些可能的实施方式中，控制器用于：在第一周期内，对半浮栅进行第一初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示第一输入变量、控制第二电压信号指示对应的输入变量为1，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第一输入变量进行逻辑“非”运算。本技术实施例通过该操作实现在两步的运算内，对输入的变量进行逻辑“非”运算的操作，同时将运算结果存储在半浮栅晶体管的半浮栅中。

11、在一些可能的实施方式中，控制器用于：在第一周期内，对半浮栅进行第一初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示对应的输入变量为0、控制第二电压信号指示第一输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0；在第三周期内，控制第一电压信号指示对应的输入变量为0、控制第二电压信号指示第二输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第一输入变量和第二输入变量进行逻辑“或”运算。本技术实施例通过该操作实现在三步的运算内，对输入的两个变量进行逻辑“或”运算的操作，同时将运算结果存储在半浮栅晶体管的半浮栅中。

12、在一些可能的实施方式中，控制器用于：在第一周期内，对半浮栅进行第一初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示第一输入变量、控制第二电压信号指示第二输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0；在第三周期内，控制第一电压信号指示第二输入变量、控制第二电压信号指示第一输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第一输入变量和第二输入变量进行逻辑“异或”运算。本技术实施例通过该操作实现在三步的运算内，对输入的两个变量进行逻辑“异或”运算的操作，同时将运算结果存储在半浮栅晶体管的半浮栅中。

13、在一些可能的实施方式中，控制器用于：在第一周期内，对半浮栅进行第一初始化；

14、在第二周期内，控制第一电压信号指示第一输入变量、控制第二电压信号指示对应的输入变量为1，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0；在第三周期内，控制第一电压信号指示第二输入变量、控制第二电压信号指示对应的输入变量为0，以及，控制第三电压信号指示控制变量为1，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第一输入变量和第二输入变量进行逻辑“或非”运算。本技术实施例通过该操作实现在三步的运算内，对输入的两个变量进行逻辑“或非”运算的操作，同时将运算结果存储在半浮栅晶体管的半浮栅中。

15、在一些可能的实施方式中，控制器用于：在第一周期内，对半浮栅进行第一初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示对应的输入变量为0、控制第二电压信号指示第一输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0；在第三周期内，控制第一电压信号指示对应的输入变量为1、控制第二电压信号指示第二输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为1，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第一输入变量和第二输入变量进行逻辑“与”运算。本技术实施例通过该操作实现在三步的运算内，对输入的两个变量进行逻辑“与”运算的操作，同时将运算结果存储在半浮栅晶体管的半浮栅中。

16、在一些可能的实施方式中，控制器用于：在第一周期内，对半浮栅进行第一初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示第一输入变量、控制第二电压信号指示对应的输入变量为1，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0；在第三周期内，控制第一电压信号指示第二输入变量、控制第二电压信号指示对应的输入变量为1，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第一输入变量和第二输入变量经过逻辑“与非”运算。本技术实施例通过该操作实现在三步的运算内，对输入的两个变量进行逻辑“与非”运算的操作，同时将运算结果存储在半浮栅晶体管的半浮栅中。

17、在一些可能的实施方式中，控制器用于：在第一周期内，对半浮栅进行第一初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示第二输入变量、控制第二电压信号指示第一输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第二输入变量进行逻辑“非”运算后再与第一输入变量进行逻辑“与”运算。本技术实施例通过该操作实现在两步的运算内，对输入的两个变量进行逻辑“蕴涵非”运算的操作或者进行逻辑“逆蕴涵非”的操作，同时将运算结果存储在半浮栅晶体管的半浮栅中。

18、在一些可能的实施方式中，控制器用于：控制第一电压信号指示对应的输入变量为0、控制第二电压信号指示对应的输入变量为1，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0，使得半浮栅的电压指示的运算结果为1，以对半浮栅进行第二初始化。本技术实施例通过该操作可以实现在半浮栅晶体管的半浮栅中写入1的操作。

19、在一些可能的实施方式中，控制器用于：在第一周期内，对半浮栅进行第二初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示第一输入变量、控制第二电压信号指示第二输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为1；在第三周期内，控制第一电压信号指示第二输入变量、控制第二电压信号指示第一输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为1，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第一输入变量和第二输入变量进行逻辑“同或”运算。本技术实施例通过该操作实现在三步的运算内，对输入的两个变量进行逻辑“同或”运算的操作，同时将运算结果存储在半浮栅晶体管的半浮栅中。

20、在一些可能的实施方式中，控制器用于：在第一周期内，对半浮栅进行第二初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示第一输入变量、控制第二电压信号指示第二输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为1，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第一输入变量进行逻辑“非”运算后再与第二输入变量进行逻辑“或”运算。本技术实施例通过该操作实现在两步的运算内，对输入的两个变量进行逻辑“蕴涵”运算的操作或者实现逻辑“逆蕴涵”的操作，同时将运算结果存储在半浮栅晶体管的半浮栅中。

21、在一些可能的实施方式中，半浮栅晶体管还包括源极；源极用于输出第四电源信号；第四电源信号用于指示半浮栅的电压所指示的运算结果。本技术实施例通过半浮栅晶体管的源极实现对半浮栅中存储数据的读取。

22、第二方面，本技术实施例还提供了一种逻辑运算方法，应用于存算一体存储器；存算一体存储器包括控制器和存储阵列，存储阵列的每个存储单元为半浮栅晶体管；半浮栅晶体管包括第一输入端、第二输入端、第三输入端和半浮栅；该方法包括：向半浮栅晶体管的第一输入端输出第一电压信号，向半浮栅晶体管的第二输入端输出第二电压信号，向半浮栅晶体管的第三输入端输出用于指示控制变量的第三电压信号；第三电压信号用于调整半浮栅的电压感应状态；控制变量用于指示半浮栅不同的电压感应状态；第一电压信号和第二电压信号用于在半浮栅不同的电压感应状态下对半浮栅的电压进行调整；调整后的半浮栅的电压用于指示：第一电压信号对应的输入变量与第二电压信号对应的输入变量之间进行逻辑运算的运算结果。

23、在一些可能的实施方式中，半浮栅晶体管具体包括：漏极、选择栅极、控制栅极以及位于控制栅极的半浮栅；选择栅极为第一输入端、控制栅极为第三输入端，或者，控制栅极为第一输入端、选择栅极为第三输入端；漏极为第二输入端。

24、在一些可能的实施方式中，该方式具体包括：在相邻的两个周期内：在后一周期内半浮栅的电压由第一电压信号、第二电压信号、第三电压信号以及在前一周期内半浮栅的电压确定；在前一周期内半浮栅的电压用于指示存储变量；在后一周期内半浮栅的电压用于指示目标公式输入第一电压信号对应的输入变量、第二电压信号对应的输入变量和存储变量后得到的运算结果；目标公式由半浮栅的电压感应状态确定。

25、在一些可能的实施方式中，当控制变量为1时，目标公式为：当控制变量为0时，目标公式为：其中，z'为存储变量；z为运算结果；t1为第一电压信号对应的输入变量；为第一电压信号对应的输入变量进行逻辑“非”运算后的值；t2为第二电压信号对应的输入变量。

26、在一些可能的实施方式中，该方法还包括：控制第一电压信号指示对应的输入变量为1，控制第二电压信指示对应的输入变量为0，以及，控制第三电压信号指示控制变量为1，使得半浮栅的后一电压指示的运算结果为0，以对半浮栅进行第一初始化。

27、在一些可能的实施方式中，该方法还包括：在第一周期内，对半浮栅进行第一初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示对应的输入变量为0，控制第二电压信号指示第一输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0，使得半浮栅的电压指示的运算结果为第一输入变量。

28、在一些可能的实施方式中，该方法还包括：在第一周期内，对半浮栅进行第一初始化；在第二周期内，控制第一电压信号为指示第一输入变量、控制第二电压信号指示对应的输入变量为1，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第一输入变量进行逻辑“非”运算。

29、在一些可能的实施方式中，该方法还包括：在第一周期内，对半浮栅进行第一初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示对应的输入变量为0、控制第二电压信号指示第一输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0；在第三周期内，控制第一电压信号指示对应的输入变量为0、控制第二电压信号指示第二输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第一输入变量和第二输入变量进行逻辑“或”运算。

30、在一些可能的实施方式中，该方法还包括：在第一周期内，对半浮栅进行第一初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示第一输入变量、控制第二电压信号指示第二输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0；在第三周期内，控制第一电压信号指示第二输入变量、控制第二电压信号指示第一输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第一输入变量和第二输入变量进行逻辑“异或”运算。

31、在一些可能的实施方式中，该方法还包括：在第一周期内，对半浮栅进行第一初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示第一输入变量、控制第二电压信号指示对应的输入变量为1，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0；在第三周期内，控制第一电压信号指示第二输入变量、控制第二电压信号指示对应的输入变量为0，以及，控制第三电压信号指示控制变量为1，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第一输入变量和第二输入变量进行逻辑“或非”运算。

32、在一些可能的实施方式中，该方法还包括：在第一周期内，对半浮栅进行第一初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示对应的输入变量为0、控制第二电压信号指示第一输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0；在第三周期内，控制第一电压信号指示对应的输入变量为1、控制第二电压信号指示第二输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为1，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第一输入变量和第二输入变量进行逻辑“与”运算。

33、在一些可能的实施方式中，该方法还包括：在第一周期内，对半浮栅进行第一初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示第一输入变量、控制第二电压信号指示对应的输入变量为1，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0；在第三周期内，控制第一电压信号指示第二输入变量、控制第二电压信号指示对应的输入变量为1，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第一输入变量和第二输入变量进行逻辑“与非”运算。

34、在一些可能的实施方式中，该方法还包括：在第一周期内，对半浮栅进行第一初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示第二输入变量、控制第二电压信号指示第一输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第二输入变量进行逻辑“非”运算后再与第一输入变量进行逻辑“与”运算。

35、在一些可能的实施方式中，该方法还包括：控制第一电压信号指示对应的输入变量为0、控制第二电压信号指示对应的输入变量为1，以及，控制第三电压信号指示控制变量为0，使得半浮栅的电压指示的运算结果为1，以对半浮栅进行第二初始化。

36、在一些可能的实施方式中，该方法还包括：在第一周期内，对半浮栅进行第二初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示第一输入变量、控制第二电压信号指示第二输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为1；在第三周期内，控制第一电压信号指示第二输入变量、控制第二电压信号指示第一输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为1，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第一输入变量和第二输入变量进行逻辑“同或”运算。

37、在一些可能的实施方式中，该方法还包括：在第一周期内，对半浮栅进行第二初始化；在第二周期内，控制第一电压信号指示第一输入变量、控制第二电压信号指示第二输入变量，以及，控制第三电压信号指示控制变量为1，使得半浮栅的电压指示的运算结果为对第一输入变量进行逻辑“非”运算后再与第二输入变量进行逻辑“或”运算。

38、在一些可能的实施方式中，半浮栅晶体管还包括源极；该方法还包括：半浮栅晶体管通过源极输出第四电源信号；第四电源信号用于指示半浮栅的电压所指示的运算结果。

39、第三方面，本技术实施例还提出了一种电子设备，包括至少一个如上述第一方面所示的存算一体存储器；该存算一体存储器用于使用存储在存算一体存储器中的数据进行逻辑运算，并将运算结果存储在存算一体存储器中。

40、第四方面，本技术实施例还提出了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括指令，当指令在上述的电子设备上运行时，使得电子设备执行如上述第二方面所示的方法。

41、第五方面，本技术实施例还提供一种芯片系统。该芯片系统包括至少一个处理器和至少一个接口电路。至少一个处理器和至少一个接口电路可通过线路互联。处理器用于支持芯片系统实现上述方法实施例中的各个功能或者步骤，至少一个接口电路可用于从其它装置(例如存储器)接收信号，或者，向其它装置(例如通信接口)发送信号。该芯片系统可以包括芯片，还可以包括其他分立器件。

42、第六方面，本技术实施例还提供一种包括指令的计算机程序产品，当指令在上述芯片系统或电子设备上运行时，使得该芯片系统或电子设备执行上述方法实施例中各个功能或者步骤，例如执行上述第二方面所示的方法。

43、关于第二方面-第六方面的技术效果参照前面第一方面的技术效果。