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

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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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