طراحی سلول حافظه غیرفرار هیبریدی کم توان، پر سرعت با تراکم بالا بااستفاده از چهار ترانزیستور و یک ممریستور

ممریستور به عنوان چهارمین عنصر بنیادی بعد از مقاومت، خازن و سلف شناخته می‌شود. ممریستور به‌خاطر توان مصرفی صفر در حالت نگه داری داده و غیرفرار بودن، در آینده‌ای نزدیک می‌تواند به عنصر اساسی حافظه‌های اصلی یا پنهان دست رسی تصادفی ایستا  (sram) یا    دست رسی تصادفی پویا (dram) تبدیل شود، همچنین می‌تواند به‌صورت موثری راندمان، سرعت، زمان راه‌اندازی و توان مصرفی مدارها را بهبود بخشد. سلول حافظه معرفی شده در این مقاله 4t1m است که با حفظ بیشترین ویژگی های 6t1m باعث کاهش مساحت اشغالی سلول شده است. به‌منظور شبیه سازی حافظه پیشنهادی، طول ممریستورها 10 نانومتر و مقاومت حالت‌های روشن و خاموش آنها به ترتیب 1 کیلواهم و 200 کیلواهم انتخاب شده است. همچنین، ترانزیستورهای mos سلول نیز توسط مدل ptm hp cmos   32 نانومتر شبیه سازی شده‌اند. شبیه سازی در نرم افزار اچاسپایس و با تغذیه 0.9 ولت و مقایسه آن با دو سلول شش ترانزیستوری مرسوم (6t) و شش ترانزیستورییک ممریستوری (6t1m) نشان می‌دهد که استفاده از ممریستور در سلول حافظه باعث به صفر رساندن توان مصرفی حین نگه داری داده برای مدت طولانی و کاهش مساحت اشغالی به میزان 36.7 درصد نسبت به سلول 6t1m می شود. سرعت نوشتن داده یک روی سلول پیشنهادی تنها 30 پیکوثانیه است که در مقایسه با سلول 6t1m بهبود 3 برابری را نشان می‌دهد ولی در زمان نوشتن داده صفر تغییر محسوسی مشاهده نمی‌شود. توان ایستای سلول پیشنهادی نسبت به سلول شش ترانزیستوری، 133 برابر کاهش داشته است و توان پویای آن با سلول 6t1m تفاوت ناچیزی دارد اما 60 برابر از سلول شش ترانزیستوری انرژی کمتری مصرف می کند.

design of 4 transistors and 1 memristor hybrid nonvolatile memory cell with low power, high speed, and high density

memristor is the fourth fundamental element after resistor, capacitor, and inductor. memristor can become an essential element of sram and dram caches because of its zero power consumption in data storage and nonvolatile state. it can effectively improve the efficiency, speed, and power consumption of circuits. in this paper, we propose a 4t1m memory cell reducing the cell area by maintaining the maximum properties of 6t1m. to simulate the proposed memory cell, the length of the memristors is 10 nm, and the resistance of their on and off states is selected as 1 kω and 200 kω, respectively. also, the cell mos transistors are simulated by the 32 nm hp cmos ptm model. simulations in hspice software, at 0.9 v power supply, have been conducted to compare the proposed cell characteristics with two conventional sixtransistor (6t) and sixtransistor onememristor (6t1m) cells. the results show that using a memristor in a memory cell causes zero power consumption during data storage for a long time and reduces the occupied area by 36.7% compared to the 6t1m cell. the speed of writing “1” data on the proposed cell is only 30 ps, which shows a 3fold improvement compared to the 6t1m cell, but no significant change is observed when writing “0” data. the static power of the proposed cell is 133 times less than that of a sixtransistor cell, and its dynamic power is about the same as the 6t1m cell, but it consumes 60 times less energy than a sixtransistor cell.