The stochastic ferroelectric field-effect transistors-based probabilistic-bits: from device physics analysis to invertible logic applications

概率逻辑 计算机科学 因式分解 可逆矩阵 CMOS芯片 整数(计算机科学) 晶体管 算法 电子工程 数学 电气工程 工程类 电压 人工智能 纯数学 程序设计语言
作者
Sheng Luo,Yihan He,Chao Fang,Baofang Cai,Xiao Gong,Gengchiau Liang
出处
期刊:Japanese Journal of Applied Physics [Institute of Physics]
标识
DOI:10.35848/1347-4065/ad1bbc
摘要

Abstract A probabilistic-bit (p-bit) is the fundamental building block in the circuit network of probabilistic computing (PC), producing a continuous random bitstream with tunable probability. Among the various p-bit designs, the recently proposed ferroelectric FET (FeFET)-based p-bit is found to possess the advantages of both ultralow hardware cost and CMOS compatibility. In this work, we perform a comprehensive analysis of the stochasticity in ferroelectric material, revealing the mechanisms of domain dynamics and temperature on FE stochasticity. The device-to-device variations of several device/material parameters are then evaluated, affecting the probabilistic-curves to different extents. Furthermore, the integer factorization is performed based on the invertible logic circuits comprising of FE p-bits, aiming to verify its functionality. The accuracy of integer factorization is found to highly depend on FE p-bits’ stochasticity, and various methods have been implemented to optimize its performance, providing unique insights for the future large-scale PC applications.

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