طراحی یک سیستم محاسباتی نورومورفیک مبتنی بر اسپینترونیک با راندمان بالا با استفاده از مدار جانبی ردیابی جریان

پیاده سازی یک سیستم محاسباتی عصبی (NCS) با استفاده از مدارهای دیجیتال و آنالوگ در فناوری نیم رسانای اکسید فلز مکمل (CMOS)، فضا و توان زیادی مصرف می کند. با پیشرفت تحقیقات نانو فناوری، ترکیب مدارهای اتصال تونلی مغناطیسی (MTJ) و CMOS، پیاده سازی NCSهایی با چگالی بالا ومصرف توان پایین را امکان پذیر کرده است. با این وجود، هنوز بین کارایی مغز انسان و NCSها فاصله زیادی وجود دارد. برای کاهش این شکاف، لازم است تا مصرف انرژی و تاخیر در NCS کاهش پیدا کند. مصرف انرژی زیاد NCS، به دلیل جریان زیاد مورد نیاز برای تغییر وضعیت MTJ است. در گذشته محققان با تکنیک های ردیابی ولتاژ MTJ و قطع جریان آن بلافاصله پس از کلیدزنی MTJ، مصرف انرژی را کاهش دادند. اما به دلیل تغییرات کوچک ولتاژ پس از کلیدزنی، در این روش ها مصرف انرژی همچنان بالا است (به دلیل نیاز به تقویت کننده ها).در این مقاله روش جدیدی مبتنی بر ردیابی جریان MTJ (به جای ولتاژ آن) و قطع جریان MTJ بلافاصله پس از کلیدزنی MTJ پیشنهاد شده است. با توجه به تغییرات زیاد در جریان MTJ پس از کلیدزنی (حدود 40 درصد)، نیازی به استفاده از تقویت کننده در مدار ردیابی و قطع جریان MTJ نیست. بنابراین، مدار ردیابی ولتاژ با مدار پیشنهادی جایگزین می شود تا مصرف انرژی، سرعت و تاخیر NCS بهبود یابد. در تمام طراحی های گذشته، تغییرات ولتاژ در دو سر MTJ PL, FL) یا هر دو(برای تشخیص کلیدزنی MTJ استفاده شده است. در مدار پیشنهادی کلیدزنی MTJ با توجه به جریان MTJ تشخیص داده می شود و سپس جریان آن بلافاصله قطع می شود. بر اساس نتایج شبیه سازی در فناوری 65nm-CMOS مدار پیشنهادی می تواند، مصرف انرژی و سرعت یک NCS را به ترتیب 49 درصد و 1/2/ برابر در مقایسه با یک NCS نوعی بهبود بخشد.