13、基于FeFET的模拟MAC加速单元的电路设计与优化

基于FeFET的模拟MAC加速单元的电路设计与优化

1. FeFET简介及状态重叠问题

FeFET（铁电场效应晶体管）的抽象结构中，铁电层位于晶体管栅极顶部。其阈值电压可通过调整铁电层极性进行编程。不过，实际FeFET在高/低阈值电压状态下的电流存在累积分布函数，会出现状态重叠现象，导致工作窗口消失。

2. 交叉开关结构对eNVM的要求

交叉开关结构有单端和伪差分两种类型，它们在模拟MAC加速单元中有着不同的实现方式和计算方式。
- 单端结构 ：
- 计算方式 ：输出电压计算公式为 (V_{OUT,x} = \sum_{y = 0}^{\infty} (V_{REF} - V_{IN,x}) \cdot \frac{R_{out}}{R_{x,y}})。
- 临界情况 ：当只有一个电阻突触被编程为低电阻状态（LRS）(R_{ON})，其他为高电阻状态（HRS）(R_{OFF})时，为确保输出电压可区分，需满足 ((N - 1) \cdot (V_{IN,max} - V_{REF}) / R_{OFF} \ll (V_{IN,max} - V_{REF}) / R_{ON})，简化后得到 (\frac{R_{OFF}}{R_{ON}} \gg (N - 1))。
- 电流表示 ：总导通电流 (I_{ON}(a) = (V_{IN,max} - V_{REF}) / R_{ON})，总关断电流 (I_{OFF}(a) = (N - 1) \cdot (V_{IN,max} - V_{REF