Published January 1, 2023
| Version v1
Publication
Open
New Zero Power Memristor Emulator Model and Its Application in Memristive Neural Computation
- 1. Indian Institute of Technology Dhanbad
- 2. King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang
Description
We present here a simple three P-type MOSFET-based grounded memristor emulator model. The model is designed to achieve zero static power dissipation and is done so by eliminating the external DC supply i.e., no DC bias. The proposed memristor emulator model has extremely low dynamic power dissipation as well which comes to around 175 nW i.e., $\sim ~67\%$ improvement compared to recent work. A mathematical analysis is carried out to present the relevance of this design. Simulations were done on Cadence Virtuoso 90 nm technology node and fingerprints of the proposed memristor emulator were obtained. The layout area occupied by the model is approx $1154.69~\mu \text{m}^{2}$ and an external capacitor is connected to add tunability to the circuit. Furthermore, Monte Carlo and corner analysis validate the robust nature of the design. Besides, simulations have been experimentally verified using CD-4007 CMOS integrated circuit (IC) to make the design practically feasible. Furthermore, the design offers advantages such as extremely less overall power consumption and smaller chip area that could possibly pave the path for fabrication using standard CMOS technologies. At last, an application of the proposed model depicting in-memory computation through a memristor emulator crossbar array is presented in brief.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
نقدم هنا ثلاثة نماذج بسيطة لمحاكي مقاوم الذاكرة الأرضي من النوع P - type MOSFET. تم تصميم النموذج لتحقيق صفر من تبديد الطاقة الساكنة ويتم ذلك عن طريق القضاء على مصدر التيار المستمر الخارجي، أي عدم وجود تحيز للتيار المستمر. يحتوي نموذج محاكي مقاوم الذاكرة المقترح على تبديد طاقة ديناميكي منخفض للغاية أيضًا والذي يصل إلى حوالي 175 nW أي تحسين $\sim ~67 \%$ مقارنة بالعمل الأخير. يتم إجراء تحليل رياضي لعرض أهمية هذا التصميم. تم إجراء عمليات المحاكاة على عقدة تقنية Cadence Virtuoso 90 نانومتر وتم الحصول على بصمات الأصابع لمحاكي مقاوم الذاكرة المقترح. تبلغ مساحة التخطيط التي يشغلها النموذج حوالي 1154.69 دولارًا أمريكيًا ~\ mu \text{m }^{ 2 }$ ويتم توصيل مكثف خارجي لإضافة إمكانية ضبط إلى الدائرة. علاوة على ذلك، يؤكد تحليل مونت كارلو والزاوية الطبيعة القوية للتصميم. إلى جانب ذلك، تم التحقق من عمليات المحاكاة تجريبيًا باستخدام الدائرة المتكاملة CD -4007 CMOS (IC) لجعل التصميم عمليًا. علاوة على ذلك، يوفر التصميم مزايا مثل استهلاك طاقة أقل بشكل عام ومساحة رقاقة أصغر يمكن أن تمهد الطريق للتصنيع باستخدام تقنيات CMOS القياسية. أخيرًا، يتم تقديم تطبيق للنموذج المقترح الذي يصور الحساب داخل الذاكرة من خلال مصفوفة العارضة لمحاكي مقاوم الذاكرة باختصار.Translated Description (French)
Nous présentons ici un modèle simple d'émulateur de memristor mis à la terre basé sur trois MOSFET de type P. Le modèle est conçu pour atteindre une dissipation de puissance statique nulle et cela en éliminant l'alimentation CC externe, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de polarisation CC. Le modèle d'émulateur de memristor proposé présente également une dissipation de puissance dynamique extrêmement faible, soit environ 175 nW, soit une amélioration de $ \sim ~67\%$ par rapport aux travaux récents. Une analyse mathématique est réalisée pour présenter la pertinence de cette conception. Des simulations ont été effectuées sur le nœud technologique Cadence Virtuoso 90 nm et des empreintes digitales de l'émulateur de memristor proposé ont été obtenues. La zone de disposition occupée par le modèle est d'environ 1154,69 $ ~\mu \text{m}^{2}$ et un condensateur externe est connecté pour ajouter de l'accordabilité au circuit. De plus, Monte Carlo et l'analyse des angles valident le caractère robuste de la conception. En outre, des simulations ont été vérifiées expérimentalement à l'aide d'un circuit intégré (CI) CMOS CD-4007 pour rendre la conception pratiquement réalisable. En outre, la conception offre des avantages tels qu'une consommation d'énergie globale extrêmement réduite et une surface de puce plus petite qui pourrait éventuellement ouvrir la voie à la fabrication à l'aide de technologies CMOS standard. Enfin, une application du modèle proposé représentant le calcul en mémoire à travers un réseau de barres transversales d'émulateur de memristor est présentée en bref.Translated Description (Spanish)
Presentamos aquí un modelo simple de emulador de memristor conectado a tierra de tres MOSFET de tipo P. El modelo está diseñado para lograr una disipación de potencia estática cero y se realiza eliminando la fuente de alimentación de CC externa, es decir, sin polarización de CC. El modelo de emulador de memristor propuesto también tiene una disipación de potencia dinámica extremadamente baja, lo que equivale a alrededor de 175 nW, es decir, una mejora de $\sim ~67\%$ en comparación con el trabajo reciente. Se realiza un análisis matemático para presentar la relevancia de este diseño. Se realizaron simulaciones en el nodo de tecnología Cadence Virtuoso 90 nm y se obtuvieron huellas dactilares del emulador de memristor propuesto. El área de diseño ocupada por el modelo es de aproximadamente $ 1154.69 ~\ mu \text{m}^{2}$ y se conecta un condensador externo para añadir sintonía al circuito. Además, Monte Carlo y el análisis de esquinas validan la robustez del diseño. Además, las simulaciones se han verificado experimentalmente utilizando el circuito integrado (IC) CMOS CD-4007 para hacer que el diseño sea prácticamente factible. Además, el diseño ofrece ventajas tales como un consumo de energía total extremadamente menor y un área de chip más pequeña que posiblemente podría allanar el camino para la fabricación utilizando tecnologías CMOS estándar. Por último, se presenta brevemente una aplicación del modelo propuesto que representa el cálculo en memoria a través de una matriz de barras cruzadas de emulador de memristor.Files
10015735.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:9a50808f6e92544ff25fb8452de31708
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نموذج جديد لمحاكي مقاوم الذاكرة صفر الطاقة وتطبيقاته في الحوسبة العصبية الذكرية
- Translated title (French)
- Nouveau modèle d'émulateur à mémoire de puissance nulle et son application dans le calcul neuronal à mémoire
- Translated title (Spanish)
- Nuevo Modelo de Emulador de Memristor de Potencia Cero y su Aplicación en la Computación Neuronal Memristiva
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4315778288
- DOI
- 10.1109/access.2023.3236424
References
- https://openalex.org/W1717965682
- https://openalex.org/W2026264728
- https://openalex.org/W2033592371
- https://openalex.org/W2045197688
- https://openalex.org/W2112181056
- https://openalex.org/W2162651880
- https://openalex.org/W2464456959
- https://openalex.org/W2561404787
- https://openalex.org/W2570000779
- https://openalex.org/W2740764078
- https://openalex.org/W2793803728
- https://openalex.org/W2799342631
- https://openalex.org/W2800964686
- https://openalex.org/W2803571337
- https://openalex.org/W2900815728
- https://openalex.org/W2923010225
- https://openalex.org/W2997569157
- https://openalex.org/W3004075849
- https://openalex.org/W3018676237
- https://openalex.org/W3032906733
- https://openalex.org/W3033566110
- https://openalex.org/W3042644620
- https://openalex.org/W3089058472
- https://openalex.org/W3163684938
- https://openalex.org/W3207702051
- https://openalex.org/W4225894738
- https://openalex.org/W4285048312
- https://openalex.org/W4303446351
- https://openalex.org/W641010614