Studio e progettazione di un sottrattore di corrente per calcolo analogico in memoria

L’AIMC è un tema attualmente rinomato, perché fornisce alle applicazioni emergenti un’alternativa in grado di superare il collo di bottiglia posto dall’architettura di Von Neumann. Nella nuova implementazione, archiviazione e computazione sono svolte nella stessa unità, realizzata da una matrice di memorie resistive, le quali sono capaci di permanere in uno stato per diverso tempo. Le celle di memoria sono realizzate da conduttanze, i cui valori derivano dai pesi delle matrici sinaptiche, che possono essere sia positivi sia negativi, presenti all’intersezione di ogni riga e colonna. Sulle Wordline, le righe della matrice, si forniscono gli ingressi in tensione attraverso un DAC, sulle Bitline, le colonne della matrice, si raccolgono le correnti, ottenute mediante la legge di Ohm V = R·I, attraverso un ADC. Il blocco complessivo possiede un consumo importante associato a DAC e ADC, per cui è necessario prestare attenzione a tali componenti. Il consumo aumenta con la risoluzione, per ridurla è stata introdotta la tecnica di lettura in due fasi temporali, nella prima si forniscono gli ingressi alle conduttanze positive, nella seconda a quelle negative. In questo modo si evita di dimensionare tali componenti per un range esteso da valori negativi a positivi, ma solo per positivi. Al termine della conversione analogico-digitale, si effettua la sottrazione fra i due valori di Bitline e si ottiene il valore desiderato. In questa tesi si propone un’alternativa all’utilizzo delle due fasi, data dall’aggiunta di un sottrattore analogico in grado di fornire la differenza fra le Bitline. L’introduzione di tale circuito permetterebbe l’utilizzo di una singola fase, raddoppiando così il throughput, senza dimezzarne il consumo, poiché è richiesta la duplicazione dell’intera matrice. Sono studiate due soluzioni circuitali differenti, la prima single-ended e la seconda fully-differential, e sono mostrate le simulazioni associate che ne dimostrano la validità.