忆阻器编程系统、方法及计算机可读取介质与流程

本发明涉及忆阻器编程系统和忆阻器编程方法，特别涉及在存储器中可对编程过程进行动态调控的忆阻器编程系统、忆阻器编程方法、以及存储有结果为执行该忆阻器编程方法的程序的计算机可读取介质。

背景技术：

1、随着大数据时代的到来以及半导体技术的不断发展，工艺节点不断缩小，存储器件占比日渐增大。对于易失性存储器，为了保持存储的数据不丢失，在断电情况下，仍然需要给存储器提供电源信号，这会导致额外的较大的单元漏电功耗。为此，提出有利用rram替代传统的易失性存储器来存储数据的方案。

2、rram(resistive random access memory，忆阻器)是一种基于忆阻器件工作原理的新型非易失存储器，是一种两端器件，其工作机理是利用导电细丝的形成和断裂表现出低高阻态。通过在忆阻器两端加上不同电压，可实现忆阻器的不同操作模式。常见操作为写入操作和读取操作。

3、在对忆阻器进行写入操作时，通过在忆阻器两个极板上施加不同极性的电压，可实现忆阻器在不同状态间的转换。其中，阻变层由低阻态向高阻态变化称为复位操作或擦除操作(reset)，由高阻态向低阻态变化称为置位操作或编程操作(set)。通常，刚制备的rram器件缺陷很少，其初始状态呈现高阻态(hrs，high resistance state)。在rram正常编程之前需要进行高压操作激活rram，这个操作称为形成操作(forming)。

4、在进行编程操作(set)时，在忆阻器的上极板施加一大数值电压而下极板接地，阻变层里产生缺陷(金属阳离子或氧阴离子)，导电缺陷连通形成导电细丝，rram器件从高阻态变为低阻态。在进行复位操作(reset)时，进行负电压扫描，当电压增大至临界值vreset时，阻变层中导电细丝断裂，rram器件从低阻态转变为高阻态，发生reset转变。耐受性(endurance)好的rram器件，能够多次重复连续执行set和reset转变。

5、忆阻器具有结构简单，与现有cmos工艺兼容，高微缩性，多值存储，易于3d集成等优点。作为非易失性存储器，忆阻器在断电之后仍能保持数据，因而会有较小的单元漏电功耗。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题

2、在forming过程或set过程中，通常需要通过限流电流(cc：compliance current)来防止电流过大造成rram器件失效。在现有技术中，通常由晶体管、二极管、电阻或测试仪器自带的限流功能来实现上述限流。并且，rram器件具有数据保持特性(retention)，即，其在断电后其所存储的高、低阻态所能够保持的时间。在通常情况下，在对rram器件进行编程操作时所设定的限流电流越大，其数据保持特性所能达到的保持时间越长，在某些情况下甚至能够达到非易失性存储器的标准、即85℃下能保持10年。

3、然而，当限流电流设定得较小时，虽然在set操作时rram也会变为低阻态，但若去掉置位电压而在rram上施加一个小电压，则rram在经过一段时间后又会回到高阻态。此时，rram的数据保持特性较差，表现出短时记忆的易失性的存储特性，其短时记忆时间即为去掉置位电压后在较小电压的作用下rram维持低阻态的时间。

4、在现有技术中，为了使数据被可靠地存储足够长的时间，提高rram的数据保持特性和短时记忆时间，通常在set操作时采用较高的限流电流。但是，随之而来的是较大的功耗，不利于系统的低功耗化。

5、本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种忆阻器编程系统、方法和计算机可读取介质，能在确保数据存储的可靠性的同时，降低忆阻器编程的功耗。

6、解决技术问题的技术方案

7、为了解决上述问题，本发明的第一方面所涉及的忆阻器编程系统对将输入数据写入忆阻器时的限流电流进行调控，所述忆阻器编程系统包括：输入数据获取部，该输入数据获取部获取所述输入数据；数据热度分析管理部，该数据热度分析管理部根据所述输入数据的数据热度将所述输入数据分为热数据、温数据和冷数据；以及数据写入部，该数据写入部将写入所述热数据时的所述限流电流设为第一限流值，将写入所述温数据时的所述限流电流设为第二限流值，将写入所述冷数据时的所述限流电流设为第三限流值，并基于所述限流电流，来对所述忆阻器进行编程操作，所述第一限流值小于所述第二限流值，所述第二限流值小于所述第三限流值。

8、可选的，所述数据热度分析管理部包括：读写频率获取单元，该读写频率获取单元获取所述输入数据的读写频率；以及动态调控单元，该动态调控单元根据所述读写频率来动态调控所述数据热度。

9、可选的，所述读写频率获取单元获取基准时间内的所述输入数据的被读取次数，当在所述基准时间内所述被读取次数为0的情况连续发生规定次数以上时，所述动态调控单元将所述数据热度调低。

10、可选的，所述数据热度分析管理部还包括：数据重写控制单元，该数据重写控制单元在所述基准时间内所述被读取次数为0的情况下，将所述输入数据重新写入所述忆阻器。

11、可选的，所述数据热度分析管理部还包括：数据热度初筛单元，该数据热度初筛单元根据所述输入数据的类型来获得所述数据热度的初筛值；同类数据热度分析单元，该同类数据热度分析单元根据所述输入数据的数据信息、发布时间、预计读取时间、数据数值和数据维度中的至少一个，来对相同类型的所述初筛值进行分析，获得所述数据热度的一级分析结果；以及数据热度二级分析单元，该数据热度二级分析单元根据所述输入数据的比特数和所述忆阻器的存储容量，来对所述一级分析结果进行分析，获得所述数据热度的二级分析结果，以作为所述数据热度的初始值。

12、可选的，所述数据热度初筛单元通过深度神经网络训练来学习所述数据的类型与所述初筛值之间的关系。

13、可选的，所述忆阻器编程系统还包括：行控制部，该行控制部对由多个所述忆阻器所组成的存算一体阵列进行行选和行驱动；列控制部，该列控制部对所述存算一体阵列进行列选和列驱动；数据读取部，该数据读取部从所述忆阻器读取数据；以及总控制部，该总控制部对所述输入数据获取部、所述数据热度分析管理部、所述行控制部、所述列控制部、所述数据写入部和所述数据读取部进行时序控制和逻辑校准。

14、另外，为了解决上述问题，本发明的第二方面所涉及的忆阻器编程方法对将输入数据写入忆阻器时的限流电流进行调控，所述忆阻器编程方法包括：获取所述输入数据的步骤；根据所述输入数据的数据热度将所述输入数据分为热数据、温数据和冷数据的步骤；以及将写入所述热数据时的所述限流电流设为第一限流值，将写入所述温数据时的所述限流电流设为第二限流值，将写入所述冷数据时的所述限流电流设为第三限流值，并基于所述限流电流，来对所述忆阻器进行编程操作的步骤，所述第一限流值小于所述第二限流值，所述第二限流值小于所述第三限流值。

15、可选的，所述根据所述输入数据的数据热度将所述输入数据分为热数据、温数据和冷数据的步骤包括：获取所述输入数据的读写频率的步骤；以及根据所述读写频率来动态调控所述数据热度的步骤。

16、可选的，所述获取所述输入数据的读写频率的步骤包括：获取基准时间内的所述输入数据的被读取次数的步骤，所述根据所述读写频率来动态调控所述数据热度的步骤包括：当在所述基准时间内所述被读取次数为0的情况连续发生规定次数以上时，将所述数据热度调低。

17、可选的，所述忆阻器编程方法还包括：在所述基准时间内所述被读取次数为0的情况下，将所述输入数据重新写入所述忆阻器的步骤。

18、可选的，所述根据所述输入数据的数据热度将所述输入数据分为热数据、温数据和冷数据的步骤包括：根据所述输入数据的类型来获得所述数据热度的初筛值的步骤；根据所述输入数据的数据信息、发布时间、预计读取时间、数据数值和数据维度中的至少一个，来对相同类型的所述初筛值进行分析，获得所述数据热度的一级分析结果的步骤；以及根据所述输入数据的比特数和所述忆阻器的存储容量，来对所述一级分析结果进行分析，获得所述数据热度的二级分析结果，以作为所述数据热度的初始值的步骤。

19、另外，为了解决上述问题，本发明的第三方面所涉及的计算机可读取介质存储有如下程序，该程序用于执行本发明的第二方面所涉及的忆阻器编程方法。

20、发明效果

21、根据本发明所涉及的忆阻器编程系统、方法和计算机可读取介质，能在确保数据存储的可靠性的同时，降低忆阻器编程的功耗。