MTJ素子を用いた高密度・低電力不揮発Logic Elementの構成

摘要

不揮発性デバイスの一つであるMagnetic Tunnel Junction（MTJ）素子を活用した不揮発4入力Logic Element（LE）を提案する．MTJ素子が電流によって書換え可能な可変抵抗素子であることに着目しMOSトランジスタと組み合わせることで，LEの構成要素であるLookup Table回路ならびにFlip－Flopそれぞれの機能をコンパクトに集約することが可能となる．具体的な設計例として90nm CMOSテクノロジを用いて設計・評価を行う．結果として提案回路では，従来の不揮発SRAMベース構成と比較してトランジスタ数を55%に削減，かつ遅延時間83%，動的電力64%にそれぞれ削減し，かつ回路情報不揮発化により待機電力ゼロならびにインスタントオン動作が可能となることを示す．%A compact nonvolatile logic element (NVLE) using a magnetic-tunnel-junction (MTJ) and MOS-hybrid structure is proposed for a compact, low-power field-programmable gate array. The combination of an MTJ/MOS-hybrid structure and dynamic current-mode logic (DyCML) makes it possible to realize both logic function and storage function with a compact hardware. Moreover, the DyCML-based circuitry also makes it possible to perform a high-speed switching operation with low active-power dissipation. In fact, the proposed 4-input NVLE reduces transistor counts to 55% with the switching delay and he active power reduction to 83% and 64% respectively, compared to those of a conventional MTJ-based nonvolatile-SRAM-based implementation with a standby-power elimination capability during an idle phase.