Experimental Demonstration of Non-volatile Capacitive Crossbar Array for In-memory Computing

横杆开关 电容感应 电容 计算机科学 电容器 电气工程 电阻式触摸屏 电压降 光电子学 电压 物理 电极 工程类 量子力学
作者
Yuan-Chun Luo,Jae Hur,Tzu-Han Wang,Anni Lu,Shaolan Li,Asif Islam Khan,Shimeng Yu
标识
DOI:10.1109/iedm19574.2021.9720508
摘要

Resistive crossbar arrays for in-memory computing suffer from high static current/power, serious IR drop, and sneak paths. To overcome these challenges, "capacitive" crossbar array that relies on transient current and charge transfer is becoming attractive since it (1) consumes only dynamic power, (2) has no DC sneak paths and avoids severe IR drop along wires, thus is selector-free, (3) can be fabricated on top of the CMOS circuits for potential 3D stacking. In this work, for the first time, we experimentally demonstrated a ferroelectric $\text{Hf}_{0.5}\text{Zr}_{0.5}\mathrm{O}_{2}$ (HZO) capacitive crossbar array. The asymmetry of the HZO electrode interfaces leads to the small-signal capacitance on/off ratio>110% that could be read at 0V DC, and a read-disturb-free operation is achieved. The vector-matrix multiplication (VMM) experiments are performed on a fabricated small-scale capacitive crossbar array, showing a linear weighted sum versus either numbers of input or on-state weight. The array-level VMM operation could sustain weight pattern reprogramming after (a) thousands of strong 1ms/3V pulses and (b) an extrapolated 10-year retention at 85°C. Array-level SPICE simulation at 22nm node shows that the energy consumption of a capacitive crossbar array is 20~200x lower than that of a resistive crossbar array counterpart.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
高贵的广山完成签到,获得积分10
刚刚
独特的笙应助123采纳,获得10
刚刚
大力凡英完成签到 ,获得积分10
1秒前
Akim应助Cuikx采纳,获得10
1秒前
Janely完成签到,获得积分10
1秒前
大栗子完成签到,获得积分10
1秒前
qwer1234发布了新的文献求助10
1秒前
没有如果完成签到,获得积分10
2秒前
山顶洞人完成签到 ,获得积分10
2秒前
PAN完成签到,获得积分10
3秒前
虚拟的秋寒完成签到,获得积分10
4秒前
阿可阿可完成签到,获得积分10
4秒前
执着的采枫发布了新的文献求助100
4秒前
雪晴完成签到,获得积分10
4秒前
晚夜完成签到 ,获得积分10
4秒前
江十三完成签到,获得积分10
5秒前
细腻初雪发布了新的文献求助10
5秒前
婉婉完成签到,获得积分10
5秒前
雪山飞龙发布了新的文献求助10
6秒前
拽根大恐龙完成签到,获得积分10
6秒前
烂漫伟祺完成签到,获得积分10
6秒前
稳重的安萱完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
小糊涂仙完成签到,获得积分10
6秒前
whatever发布了新的文献求助100
7秒前
wangbw完成签到,获得积分10
7秒前
洁净书兰完成签到,获得积分10
7秒前
Decadent完成签到,获得积分10
7秒前
Jinnnnn完成签到,获得积分10
7秒前
cc完成签到,获得积分10
8秒前
molly完成签到,获得积分10
8秒前
zhouti497541171完成签到,获得积分10
9秒前
betty2009完成签到,获得积分10
9秒前
风趣的灵松完成签到,获得积分10
9秒前
淼队发布了新的文献求助10
9秒前
Copyright应助雪晴采纳,获得10
10秒前
贺兰鸵鸟完成签到,获得积分10
10秒前
10秒前
缥缈的初阳完成签到,获得积分10
10秒前
10秒前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
Prescott's Microbiology: 2026 Release ISE 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Environmental Leverage in Times of Climate Crisis: Product Standards, Carbon Border Measures and Preferential Trade Agreements 1000
Erwählung und Berufung bei Paulus: Bedeutung, Entwicklung und Funktion einer Vorstellung in ihrem frühjüdischen und griechisch-römischen Kontext 850
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7205396
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8839065
关于积分的说明 18653390
捐赠科研通 6853219
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3180575
关于科研通互助平台的介绍 2339301
邀请新用户注册赠送积分活动 2154993