一种计算器件、计算芯片以及计算方法

1.本技术涉及通信技术领域，尤其涉及一种计算器件、计算芯片以及计算方法。

背景技术：

2.经典计算机以0和1的形式存储和使用信息，进行确定性地运行。但仍有很多问题无法有效的解决，比如大数分解、组合优化、可逆逻辑和采样等。
3.为此提出了概率计算，概率计算的原理与量子计算相似，在概率计算中需要借助概率比特(probabilistic bit,p-bit)进行计算以获得最终的结果。其中，概率比特中输出值的概率可以从0到1波动，也即不同输出值出现的概率不同。
4.目前，可以借助自旋转移转矩磁阻存储器(spin-transfer torque magnetic random-access memory，stt-mram)实现概率比特。
5.在实现概率比特时，可以减小stt-mram的能量势垒，如减小磁性隧道结(magnetic tunnel junction，mtj)势垒层厚度或mtj尺寸，使得mtj的自旋方向受到外界热扰动等因素影响，导致mtj的磁化方向在两种状态之间随机波动是一个概率分布事件。
6.借助自旋转移转矩磁阻存储器实现概率比特的方式会导致mtj的稳定性和寿命变差，另外还需要对stt-mram的能量势垒进行精确控制，实现难度大。

技术实现要素：

7.本技术提供一种计算器件、计算芯片以及计算方法，用于高效、便捷的实现概率比特。
8.第一方面，本技术实施例提供了一种计算器件，该计算器件包括磁存储单元、两个电流输入电路以及读电路，其中两个电流输入电路分别为第一电流输入电路和第二电流输入电路。
9.在该计算器件中，磁存储单元可以存储数据，该磁存储单元的不同阻值可以表征不同的数据，磁存储单元包括层叠的重金属层以及磁体层。磁体层具备磁化方向，在一定条件下能够发生翻转，影响该磁存储单元的阻值。
10.两个电流输入电路可以向磁存储单元中的重金属层中注入不同方向的电流。其中，第一电流输入电路可以向磁存储单元中的重金属层注入第一方向的第一电流；第二电流输入电路可以向磁存储单元中的重金属层多次注入第二方向的第二电流，第一方向和第二方向相对。
11.读电路与磁体层连接，可以读取磁存储单元的阻值，其中，磁存储单元的阻值在第一电流相同的情况下，随着多次注入的第二电流呈概率分布。
12.通过上述计算器件，借助两个电流输入电路改变重金属层中的电流，进而使得磁体层的磁化方向以一定概率发生翻转，导致磁存储单元的阻值以一定概率发生变化，能够实现概率比特，这种方式仅需改变两个电流输入电路注入到重金属层中的电流，实现方式难度较小，能够保证可以高效的实现概率比特。
13.在一种可能的实施方式中，第一电流大于磁体层的阈值电流，第二电流小于磁体层的阈值电流。其中，阈值电流是指在磁存储单元所在的磁场强度足够大的情况下，使得磁体层的磁化方向发生翻转的最小电流值。
14.通过上述计算器件，第一电流大于阈值电流，第二电流小于阈值电流，这样当方向相反的第一电流和第二电流注入到重金属层时，会改变重金属层中的电流，使得磁存储单元中磁体层的磁化方向可能翻转或不翻转，也即磁体层的磁化方向并不一定会发生翻转，保证了能够该计算器件实现概率比特的可能性。
15.在一种可能的实施方式中，第一电流和第二电流先后注入到重金属层中。
16.通过上述计算器件，第一电流和第二电流中的一个电流先注入到重金属层中，能够对磁体层进行初始化，使得磁体层中的磁化方向处于磁化初始方向，之后再注入第二电流，第二电流的存在能够改变重金属层中的电流的大小，进而使得磁体层中的磁化方向以一定概率发生翻转。
17.在一种可能的实施方式中，磁存储单元可以位于恒定磁场中。
18.通过上述计算器件，恒定磁场的存在能够为磁体层磁化方向的翻转提供辅助作用，使得磁化方向的翻转更为容易。
19.在一种可能的实施方式中，当磁存储单元可以位于恒定磁场中，恒定磁场的磁场方向、第一方向、第二方向以及磁体层的磁化方向存在一定的关系。具体可以为如下几种：
20.第一种、在忽略磁体层所在的第一平面厚度的情况下，当磁体层的磁化初始方向位于该第一平面内时，第一方向和第二方向与磁化初始方向平行，恒定磁场的方向垂直于第一平面。
21.第二种、当磁体层的磁化初始方向垂直于第一平面内时，第一方向、第二方向、恒定磁场的方向平行于第一平面。
22.需要说明的是，当磁体层的磁化初始方向既不位于第一平面，也不垂直于第一平面时，磁存储单元也可以不位于磁场中，这种情况下第一方向和第二方向只需保证相反即可。
23.通过上述计算器件，磁体层的磁化初始方向、第一方向、和第二方向的设置方式有很多种，适用于不同场景。
24.在一种可能的实施方式中，磁体层包括自由层和势垒层，自由层包括铁磁材料，势垒层可以包括氧化物材料。磁体层的磁化方向也即为自由层的磁化方向。
25.通过上述计算器件，磁体层的结构较为简单，能够保证磁存储单元较易构建，减少构建成本。
26.在一种可能的实施方式中，磁体层包括mtj。磁体层的磁化方向也即为mtj中自由层的磁化方向。
27.通过上述计算器件，当磁体层为mtj时，也即该计算器件是以sot-marm为原型，不需要考虑势垒层的厚度，能够简单便捷的实现概率比特。
28.在一种可能的实施方式中，当第一电流相同时，可以多次注入相同的第二电流，这种情况下，磁存储单元的阻值为第一值的概率为m，所述磁存储单元的阻值为第二值的概率为n，m和n为小于1的正数。
29.当第一电流相同时，可以多次注入不同的第二电流，这种情况下，在每次注入第二
电流时，磁存储单元的阻值为第一值的概率可能相同，也可能不同。磁存储单元的阻值随着第二电流的变化而发生变化。
30.通过上述计算器件，磁存储单元的阻值随着第二电流的呈现概率分布，也即磁存储单元的阻值并非是固定的，使得该计算器件能够实现概率比特。
31.第二方面，本技术实施例提供了一种计算芯片，该计算芯片用于实现概率计算，计算芯片中包括多个计算器件，多个计算器件中每个计算器件的第二电流输入电路的输入端的输入电压是基于待计算的数据和剩余计算器件的读电路的输出端的电压和值确定的，该多个计算器件中读电流读取的磁存储单元的阻值用于指示计算结果。
32.在一种可能的实施方式中，每个计算器件的第二电流输入电路的输入端设置有电压整合电路，电压整合电路用于对剩余计算器件的读电路的输出电压的和值以目标权重进行整合，每个电压整合电流的目标权重是根据待计算的数据确定的。
33.第三方面，本技术实施例提供了一种计算方法，在该方法可以应用于前述内容中提到的计算器件。
34.该方法中，向计算器件的磁存储单元中的重金属层注入第一方向的第一电流，其中，所述磁存储单元包括层叠的所述重金属层以及磁体层；
35.向磁存储单元中的重金属层多次注入第二方向的第二电流，其中，第一方向和第二方向相对；
36.在每次注入第二电流后，通过所述磁体层读取磁存储单元的阻值，其中，磁存储单元的阻值在第一电流相同的情况下，随着多次注入的第二电流呈概率分布。
37.在一种可能的实施方式中，第一电流大于磁体层的阈值电流，第二电流小于磁体层的阈值电流。
38.在一种可能的实施方式中，多次注入的第二电流为相同的电流，磁存储单元的阻值为第一值的概率为m，所述磁存储单元的阻值为第二值的概率为n，m和n为小于1的正数。
附图说明
39.图1为本技术提供的一种磁存储单元的结构示意图；
40.图2为本技术提供的一种计算器件的结构示意图；
41.图3为本技术提供的一种计算器件的结构示意图；
42.图4a为本技术提供的一种计算器件中不同状态下各个输入电压的示意图；
43.图4b为本技术提供的一种计算器件中不同状态下各个场效应管的状态示意图；
44.图5为本技术提供的一种计算器件的结构示意图；
45.图6a为本技术提供的一种计算器件中不同状态下各个输入电压的示意图；
46.图6b为本技术提供的一种计算器件中不同状态下各个场效应管的状态示意图；
47.图7a为本技术提供的一种计算器件中磁化方向、磁场方向、第一方向以及第二方向的示意图；
48.图7b为本技术提供的另一种计算器件中磁化方向、磁场方向、第一方向以及第二方向的示意图；
49.图7c为本技术提供的一种计算方法示意图；
50.图7d为本技术提供的一种计算器件中磁存储单元的阻值为p时的次数与第二电流
transistor，mosfet)，简称为场效应管
66.场效应管分为p型场效应管和n型场效应管，其中，n型场效应管在栅极电压大于阈值电压时会导通，通常适合用于源极接地时的情况。p型场效应管在栅极电压小于阈值电压时会导通，通常源极需要接固定电压。
67.在本技术实施例中，用mp表示p型场效应管，如mp1、mp2、mp3等。用mn表示n型场效应管，如mn1、mn2、mn3等。
68.下面结合附图对本技术实施例提供的一种计算器件进行说明，如图2所示，为本技术实施例提供的一种计算器件。该计算器件100包括磁存储单元110、第一电流输入电路120、第二电路输入电路130、以及读电路140。
69.磁存储单元110，可以存储数据，磁存储单元110的不同阻值代表了不同的存储数据。
70.以磁存储单元110中自由层的磁化初始方向时，磁存储单元110的阻值为阻值p，阻值p可以表征一种数据。当磁存储单元110中自由层的磁化方向发生翻转时，磁存储单元110的阻值会从阻值p变为阻值q，阻值q可以表征另一种数据。
71.在本技术实施例中，计算器件中可以包括两个电流输入单元，分别为第一电流输入电路120和第二电流130输入电路。两个电流输入单元可以向磁存储单元110中的重金属层注入电流，为了区分第一电流输入电路120和第二电流输入电路130注入的电流，在本技术实施例中，第一电流输入电路120可以向磁存储单元110中的重金属层注入的电流为第一方向的第一电流；第二电流输入电路130向磁存储单元110中的重金属层注入的电流为第二方向的第二电流。其中，第一方向和第二方向相对。
72.第一电流输入电路120和第二电流输入电路130注入磁存储单元110的重金属层的电流的方向相反。这是因为第一电流输入电路120和第二电流输入电路130中的一个电流输入电路可以先注入电流到重金属层中，此时，重金属层中流通的电流会使自由层中的磁化方向呈磁化初始方向。之后，该电流停止注入到重金属层中，第一电流输入电路120和第二电流输入电路130中的另一个电流输入电路注入电流到重金属层，改变影响重金属层的电流，会导致重金属层中的总电流变小，会存在小于阈值或接近于阈值的情况，在这种情况下。自由层的磁化方向会以一定概率发生翻转。
73.也就是说，第一电流输入电路120和第二电流输入电路130中的一个电流输入电路可以先注入到重金属层中的电流用于对磁存储单元110进行初始化，使自由层中的磁化方向呈磁化初始方向。第一电流输入电路120和第二电流输入电路130中的另一个电流输入电路注入到重金属层中的电流用于改变重金属层中的电流，以触发自由层的磁化方向以一定概率发生翻转。
74.为了能够检测到该自由层中的磁化方向是否发生翻转，该计算器件100中包括读电路140。该读电路140与磁性隧道结连接，能够读取磁存储单元110的阻值。本技术实施例并不限定该读电路140读取磁存储单元110的阻值，例如，该读电路140可以向磁存储单元输入恒定的电压，通过读取该磁存储单元110中的电流确定该存储单元110的阻值。又例如，该读电路140可以向磁存储单元输入恒定的电流，通过读取该磁存储单元110上的电压确定该存储单元110的阻值。
75.以第一电流为用于对磁存储单元110进行初始化的电流，第二电流为触发自由层
的磁化方向以一定概率发生翻转的电流为例。基于对磁存储单元110的说明可知，当磁存储单元110中自由层的磁化方向未发生翻转时，磁存储单元110的阻值为阻值p，当磁存储单元110中自由层的磁化方向发生翻转时，磁存储单元110的阻值会从阻值p变为阻值q。
76.当第一电流注入到重金属层时，对磁存储单元110进行初始化，磁存储单元110的自由层的磁化方向处于磁化初始方向，磁存储单元110的阻值为阻值p。之后，第二电流注入到重金属层，与第一电流的方向相反，使得重金属层中的电流变小，磁存储单元110的自由层的磁化方向可能发生翻转，也就是说，磁存储单元110的阻值可能维持为阻值p，也可能变为阻值q，以一定概率维持在阻值p，以一定概率变为阻值q。磁存储单元110的阻值在第一电流相同的情况下，随着第二电流呈概率分布。当第二电流的电流不同时，磁存储单元110的阻值维持在阻值p或变为阻值q的概率也可能不同。
77.本技术实施例并不限定第一电流输入电路120、第二电流输入电路130以及读电路140的具体构成，凡是能够向磁存储单元110注入相反的电流，并且能够读取磁存储单元110的阻值的电路均适用于本技术实施例。
78.下面结合附图列举其中两种计算器件：
79.第一种，参见附图3，为本技术实施例提供的一种计算器件，该计算器件100包括磁存储单元110、第一电流输入电路120、第二电流输入电路130、以及读电路140。
80.其中，第一电流输入电路120包括三个场效应管，分别为mp2、mn5、mn2。
81.第一电流输入电路120工作时，为第一电流输入电路120中的mp2的栅极输入电压reset，电压reset小于mp2的阈值电压时，mp2导通，此时mp2近似为一个恒流源，产生固定电流i1。通过调节第一电流输入电路120中的mn5的栅极电压vin1(mn5的源极接地)，改变流经mn5的电流ids2。
82.这种情况下，第一电流输入电路120注入到磁存储单元110的重金属层的第一电流ireset由电流i1和电流ids2决定，第一电ireset等于i1与ids2的差值。
83.为第一电流输入电路120中的mn2的栅极输入电压resetb，电压resetb小于mn2的阈值电压时，mn2的源极接地，mn2导通，使得mp2、mn5、mn2以及磁存储单元110构成回路，第一电流ireset可以经过磁存储单元110流向mn2。
84.第二电流输入电路130包括三个场效应管，分别为mp1、mn1、mn4。
85.第二电流输入电路130工作时，为第二电流输入电路130中的mp1的栅极输入电压set，当电压set小于mp1的阈值电压时，mp1导通，此时mp1近似为一个恒流源，产生固定电流i0。通过调节第二电流输入电路130中的mn1的栅极电压vin2(mn1的源极接地)，改变流经mn1的电流ids1电流大小。
86.这种情况下，第二电流输入电路130注入到磁存储单元110的重金属层的第二电流iset由电流i0和电流ids1决定，第二电流iset等于i0与ids1的差值。
87.为第二电流输入电路130中的mn4的栅极输入电压setb，电压setb小于mn4的阈值电压时，mn4的源极接地，mn4导通，使得mp1、mn1、mn4以及磁存储单元110构成回路，第二电流iset可以经过磁存储单元110流向mn4。
88.读电路140包括三个场效应管，分别为mp3、mn6、mn3。在一种可能的场景中，mp3也可以由一个固定电阻代替。
89.读电路140工作时，为mp3的源极接入电压vdd，mp3的栅极接入电源vin3，使得mp3
处于导通状态，为mn6的栅极输入电压read，电压read大于mn6的阈值电压，使得mn6成为一个恒流源，产生固定的读电流iread。
90.为读电路140中的mn3的栅极输入电压readb，电压readb小于mn3的阈值电压时，mn3的源极接地，mn3导通，此时磁存储单元110的一端接地。控制resetb和setb的大小，使得mn2和mn4处于截止状态，第一电流输入电路120和第二电流输入电路130停止工作。
91.这种情况下，读电路140的输出端处的电压vout等于读电流iread与磁存储单元110的阻值、mn6的阻值、和mn3的阻值的乘积之和，在导通状态下，mn6的阻值、与mn3的阻值之和可以忽略不计，故而，在允许范围，电压vout等于读电流iread与磁存储单元110的阻值的乘积。
92.计算器件的状态可以分为初始状态(initial state)、复位状态(reset state)、设置状态(set state)以及读状态(read state)。
93.初始状态是指计算器件未工作的状态，复位状态是指第一电流输入电路120处于工作状态，设置状态是指第二电流输入电路130处于工作状态，读状态是读电路140处于工作状态。
94.如图4a所示，为图3所示的计算器件中，mp2、mn5、mp1、mn2、mn6以及mp3的栅极电压reset、vin1、set、vin2、read、vin3在不同状态下的输入值。其中，1代表高电平，高电平是指高于阈值电压的电压。0代表低电压，低电平是指低于阈值电压的电压。x表示任意电平，可以为高电平，也可以为低电平。可变是指需要根据场景需要变换大小。
95.例如，在复位状态下，第一电流输入电路120处于工作状态，通过调节vin1的大小可以改变第一电流输入电路120注入到磁存储单元110的第一电流ireset。
96.在设置状态下，第二电流输入电路130处于工作状态，通过调节vin2的大小可以改变第二电流输入电路130注入到磁存储单元110的第二电流iset。
97.在读状态下，读电路140处于工作状态，通过调节vin3的大小可以改变读电路140中的读电流iread的大小。
98.如图4b所示，为图3所示的计算器件中，场效应管mn1、mn2、mn3、mn4、mn5、mn6、mp1、mp2以及mp3在计算器件不同状态下的状态。其中，off代表截止状态。on代表导通状态，饱和代表饱和状态。
99.例如，在复位状态下，第一电流输入电路120处于工作状态，mn2处于导通状态，mn5处于饱和状态，第一电流输入电路120注入重金属层的第一电流从右侧流向左侧，对磁存储单元110进行初始化。
100.在设置状态下，第二电流输入电路130处于工作状态，mn4处于导通状态，mp1处于饱和状态，第二电流输入电路130注入重金属层的第二电流从左侧流向右侧，改变自由层中磁化方向。
101.在读状态下，读电路140处于工作状态，mp3处理饱和状态，mn6处于导通状态，使得读电流iread流过磁存储单元110，获得输出端的电压vout。
102.第二种，参见附图5，为本技术实施例提供的一种计算器件，该计算器件100包括磁存储单元110、第一电流输入电路120、第二电流输入电路130、以及读电路140。
103.其中，第一电流输入电路120包括四个场效应管，分别为mp3、mp4、mn2、mn4。
104.第一电流输入电路120工作时，为第一电流输入电路120中的mp3的栅极输入电压
reset，电压reset小于mp3的阈值电压时，mp3导通，此时mp3近似为一个恒流源，产生固定电流i1。通过调节第一电流输入电路120中的mn4的栅极电压vin1(mn4的源极接地)，改变流经mn4的电流ids2。
105.mp4的栅极输入电压read，电压read小于mp4的阈值电压时，mp4导通。
106.这种情况下，第一电流输入电路120注入到磁存储单元110的重金属层的第一电流ireset由电流i1和电流ids2决定，第一电流ireset等于i1与ids2的差值。
107.为第一电流输入电路120中的mn2的栅极输入电压resetb，电压resetb小于mn2的阈值电压时，mn2的源极接地，mn2导通，使得mp3、mp4、mn2、mn4以及磁存储单元110构成回路，ireset可以经过磁存储单元110流向mn2。
108.第二电流输入电路130包括四个场效应管，分别为mp1、mp2、mn1、mn3。
109.第二电流输入电路130工作时，为第二电流输入电路130中的mp1的栅极输入电压set，当电压set小于mp1的阈值电压时，mp1导通，此时mp1近似为一个恒流源，产生固定电流i0。通过调节第二电流输入电路130中的mn1的栅极电压vin2(mn1的源极接地)，改变流经mn1的电流ids1电流大小。
110.mp2的栅极输入电压read，电压read小于mp2的阈值电压时，mp2导通。
111.这种情况下，第二电流输入电路130注入到磁存储单元110的重金属层的第二电流iset由电流i0和电流ids1决定，第二电流iset等于i0与ids1的差值。
112.为第二电流输入电路130中的mn3的栅极输入电压setb，电压setb小于mn4的阈值电压时，mn3的源极接地，mn3导通，使得mp1、mp2、mn1、mn3以及磁存储单元110构成回路，第二电流iset可以经过磁存储单元110流向mn3。
113.读电路140包括两个场效应管，分别为mp5、mn5。在一种可能的场景中，mp5也可以由一个固定电阻代替。
114.读电路140工作时，为mp3的源极接入电压vdd，mp3的栅极接入电源vin3，使得mp3处于导通状态，为mn6的栅极输入电压read，电压read大于mn6的阈值电压，使得mn6成为一个恒流源，产生固定的读电流iread，mn5的栅极输入电压read，电压readb小于mn5的阈值电压时，mn5的源极连接磁存储单元110，mn5导通。
115.调节电压read的大小，使得mp2和mp4处于截止状态，第一电流输入电路120和第二电流输入电流不工作。
116.控制resetb和setb的大小，使得mn2和mn4处于导通状态，这种情况下，磁存储单元110两端接地。
117.这种情况下，电压vout等于读电流iread与磁存储单元110的阻值、和mn3的阻值的乘积之和，在导通状态下，mn3的阻值之和可以忽略不计，故而，在允许范围，电压vout等于读电流iread与磁存储单元110的阻值的乘积。
118.如图6a所示，为图5所示的计算器件中，mp3、mn4、mp1、mn1、mn5以及mp5的栅极电压reset、vin1、set、vin2、read、vin3在不同状态下的输入值。其中，1代表高电平，高电平代表高于阈值电压的电压。0代表低电压，低电平代表低于阈值电压的电压。x表示任意电平，可以为高电平也可以为低电平，可变是指需要根据场景需要变换大小。
119.例如，在复位状态下，第一电流输入电路120处于工作状态，通过调节vin1的大小可以改变第一电流输入电路120注入到磁存储单元110的第一电流ireset。
120.在设置状态下，第二电流输入电路130处于工作状态，通过调节vin2的大小可以改变第二电流输入电路130注入到磁存储单元110的第二电流iset。
121.在读状态下，读电路140处于工作状态，通过调节vin3的大小可以改变读电路140中读电流iread的大小。
122.如图6b所示，为图5所示的计算器件中，场效应管mn1、mn2、mn3、mn4、mn5、mn6、mp1、mp2、mp3、mp4、mp5在计算器件不同状态下的状态。其中，off代表截止状态。on代表导通状态，饱和代表饱和状态。
123.例如，在复位状态下，第一电流输入电路120处于工作状态，mn2处于导通状态，mn4处于饱和状态，第一电流输入电路120注入重金属层的第一电流从右侧流向左侧，对自由层进行初始化。
124.在设置状态下，第二电流输入电路130处于工作状态，mp1和mp2处于导通状态，mn1处于饱和状态，第二电流输入电路130注入重金属层的第二电流从左侧流向右侧，改变自由层中磁化方向。
125.在读状态下，读电路140处于工作状态，mp5处理饱和状态，mn5处于导通状态，使得读电流iread流过磁存储单元110，获得输出端的电压vout。
126.在第一种计算器件中，当计算器件处于读状态时，通过改变场效应管的状态，可以使得磁存储单元110一端接地，电路结构也比较简单。
127.在第二种计算器件中，通过改变第一电流输入电路120和第二电流输入电路130中的场效应管的状态，当计算器件处于读状态时，可以使得磁存储单元110两端均简单，电路结构对称，数据读取更准确。
128.当磁存储单元110处于恒定磁场中时，恒定磁场的方向、第一电流ireset的方向(也即第一方向)、第二电流iset的方向(也即第二方向)以及磁体层中磁化初始方向(也即自由层的磁化初始方向)需要满足如下两种关系中的一种：
129.一、当自由层的磁化初始方向处于面内，也即位于自由层所在平面时，所述第一方向和所述第二方向与磁化初始极化方向平行，恒定磁场的方向垂直于磁体层所在平面。
130.如图7a所示，磁体层(也即自由层)所在平面平行于x轴和y轴所在平面，自由层的磁化初始方向沿x轴，处于面内，恒定磁场的磁场强度固定，磁场方向可以沿z轴，第一方向和第二方向也可以沿着x轴方向，且第一方向和第二方向相反。
131.二、当自由层的磁化初始方向处于面外，也即垂直与磁体层所在平面时，第一方向、所述第二方向、恒定磁场的方向平行与磁体层所在平面。
132.如图7b所示，磁体层(也即自由层)所在平面平行于x轴和y轴所在平面，自由层的磁化初始方向沿z轴，处于面外。恒定磁场的磁场强度固定，磁场方向可以沿x轴，第一方向和第二方向也可以沿着x轴方向，且第一方向和第二方向相反。
133.当自由层的磁化初始方向既不处于自由层所在平面内，也不垂直于自由层所在平面时，磁存储单元110可以不置于磁场中时，第一电流ireset的方向(也即第一方向)、第二电流iset的方向(也即第二方向)方向相反即可。
134.在第一电流相同的情况下，第一电流输入电路120每注入第一电流之后，第二电流输入电路130可以向重金属层注入相同的第二电流。第一电流和第二电流注入的过程可以执行多次。每执行一次，读电流140读取磁存储单元110的阻值，也即根据读电路140的输出
端的电压vout可以确定磁存储单元110的阻值。磁存储单元110的阻值可能维持阻值p，也可能变为阻值q。
135.以注入相同第二电流的次数为k次，通过读电路140的输出端的电压vout可以确定每次注入第二电流时磁存储单元110的阻值，若磁存储单元110的阻值维持在阻值p的次数为s次，则磁存储单元110的阻值变为阻值q的次数为k-s次。磁存储单元110的阻值维持在阻值p的概率m可以等于s/k，磁存储单元110的阻值变为阻值q的概率n可以等于(k-s)/k，概率m和n均为小于1的正数。在磁存储单元110只有两种可能的阻值的情况下，m与n之和为1，概率m、n与第二电流有关。也即磁存储单元110的阻值是随着第二电流呈现概率分布的，并非固定在相同的阻值上。
136.参见图7c，第一电流输入电路120可以改变第一电流的值，第一电流输入电路120每改变一次第一电流的值，第一电流输入电路120向磁存储单元110中的重金属层注入第一电流(步骤1)，之后，第二电流输入电路130可以向重金属层注入相同的第二电流(步骤2)，读电路140读取磁存储单元110的阻值(步骤3)，可以获取在该第二电流的值下，磁存储单元110的阻值维持在阻值p的概率。步骤1～步骤3可以执行多次，读电路140可以读取磁存储单元110的多个阻值。
137.第二电流不同，磁存储单元110的阻值维持在阻值p的概率也可以不同，会呈现一定的关系。以第一电流的大小为10毫安每平方厘米(ma/cm2)，第二电流的取值范围为5～7ma/cm2，也即在相同的第一电流的情况下，磁存储单元110的阻值可能维持阻值p的次数s与第二电流的关系如图7d所示，从图7d中可以看出磁存储单元110的阻值可能维持阻值p的次数s与第二电流的关系接近与sigmoid函数。也即该计算器件100能够实现概率比特。
138.在实际应用中，可以利用多个计算器件，实现概率计算。
139.如图8所示，为本技术实施例提供的一种计算芯片，该计算芯片10中包括多个计算器件100，该多个计算器件100可以相互连接。对于其中任一个计算器件100，该计算器件100的第二电流输入电路130的电压set是根据待计算的数据与剩余其他计算器件100的读电路140的输出的vout确定的。该多个计算器件100中各个磁存储单元110的阻值可以作为计算结果。
140.对于其中任一个计算器件100，该计算器件100的第二电流输入电路130的输出端还可以设置有电压整合电路200，电压整合电路200可以对剩余其他计算器件100的读电路140的输出的vout的和值以目标权重进行整合，之后整合后的电压可以作为第二电流输入电流130的电压set，不同电压整合电路200的目标权重不同，多个电压整合电路200的目标权重可以是根据待计算的数据确定的。本技术实施例并不限定电压整合电路200的具体构成，凡是能够将多个电压进行整合的电路均适用于本技术实施例。
141.需要说明的是，本技术所提供的实施例仅仅是示意性的。所属领域的技术人员可以清楚的了解到，为了描述的方便和简洁，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。在本发明实施例、权利要求以及附图中揭示的特征可以独立存在也可以组合存在。在本发明实施例中以硬件形式描述的特征可以通过软件来执行，反之亦然。在此不做限定。

技术特征：

1.一种计算器件，其特征在于，包括：磁存储单元，用于存储数据，其中，所述磁存储单元包括层叠的重金属层以及磁体层；第一电流输入电路，用于向所述磁存储单元中的重金属层注入第一方向的第一电流；第二电流输入电路，用于向所述磁存储单元中的重金属层多次注入第二方向的第二电流，其中，所述第一方向和所述第二方向相对；读电路，连接所述磁体层，并用于读取所述磁存储单元的阻值，其中，所述磁存储单元的阻值在所述第一电流相同的情况下，随着所述多次注入的第二电流呈概率分布。2.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述第一电流大于所述磁体层的阈值电流，所述第二电流小于所述磁体层的阈值电流。3.如权利要求1或2所述的器件，其特征在于，所述第一电流和所述第二电流先后注入到所述重金属层中。4.如权利要求1～3任一所述的器件，其特征在于，所述磁存储单元位于恒定磁场中。5.如权利要求4所述的器件，其特征在于，当所述磁体层的磁化初始方向位于第一平面内时，所述第一方向和所述第二方向与所述磁化初始方向平行，所述恒定磁场的方向垂直于所述第一平面，所述第一平面为所述磁体层所在的平面。6.如权利要求4所述的器件，其特征在于，当所述磁体层的磁化初始方向垂直于第一平面内时，所述第一方向、所述第二方向、所述恒定磁场的方向平行于所述第一平面，所述第一平面为所述磁体层所在的平面。7.如权利要求1～6任一所述的器件，其特征在于，所述磁体层包括自由层和势垒层，所述自由层包括铁磁材料。8.如权利要求1～6任一所述的器件，其特征在于，所述磁体层包括磁性隧道结mtj。9.如权利要求1～8任一所述的器件，其特征在于，所述多次注入的第二电流为相同的电流，所述磁存储单元的阻值为第一值的概率为m，所述磁存储单元的阻值为第二值的概率为n，m和n为小于1的正数。10.一种计算芯片，其特征在于，所述计算芯片用于实现概率计算，所述计算芯片中包括多个如权利要求1～9任一所述的计算器件，其中，所述多个计算器件中每个计算器件的第二电流输入电路的输入端的输入电压是基于待计算的数据和剩余计算器件的读电路的输出端的电压和值确定的，所述多个计算器件中读电流读取的磁存储单元的阻值用于指示计算结果。11.如权利要求10所述的计算芯片，其特征在于，每个所述计算器件的第二电流输入电路的输入端设置有电压整合电路，所述电压整合电路用于对剩余计算器件的读电路的输出电压的和值以目标权重进行整合，每个所述电压整合电流的目标权重是根据所述待计算的数据确定的。12.一种计算方法，其特征在于，包括：向计算器件的磁存储单元中的重金属层注入第一方向的第一电流，其中，所述磁存储单元包括层叠的所述重金属层以及磁体层；向所述磁存储单元中的重金属层多次注入第二方向的第二电流，其中，所述第一方向和所述第二方向相对；在每次注入所述第二电流后，通过所述磁体层读取所述磁存储单元的阻值，其中，所述
磁存储单元的阻值在所述第一电流相同的情况下，随着所述多次注入的第二电流呈概率分布。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一电流大于所述磁体层的阈值电流，所述第二电流小于所述磁体层的阈值电流。14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述多次注入的第二电流为相同的电流，所述磁存储单元的阻值为第一值的概率为m，所述磁存储单元的阻值为第二值的概率为n，m和n为小于1的正数。

技术总结

一种计算器件、计算芯片以及计算方法。本申请中，该计算器件的磁存储单元可以存储数据，磁存储单元包括层叠的重金属层以及磁体层。该计算器件的两个电流输入电路可以向磁存储单元中的重金属层中注入不同方向的电流。该计算器件的读电路与磁体层连接，可以读取磁存储单元的阻值，其中，磁存储单元的阻值在第一电流相同的情况下，随着多次注入的电流呈概率分布。本发明实施例提供的计算器件能够借助两个电流输入电路改变重金属层中的电流，可以使得磁体层的磁化方向以一定概率发生翻转，导致磁存储单元的阻值以一定概率发生变化，实现概率比特，且实现方式难度较小。且实现方式难度较小。且实现方式难度较小。