本技術涉及但不限于一種半導體器件及其操作方法、系統。
背景技術：
1、在經典馮·諾依曼計算體系結構中，存儲器與處理器是分離的，兩者之間通過數據總線進行數據傳輸。執行命令時，處理器先從存儲器中讀取數據，處理完之后，再把更新后的數據寫回存儲器當中，數據頻繁搬移帶來巨大的功耗與時間開銷；另外由于存儲器帶寬有限，使得處理器處理速度受限于存儲器的訪問速度，極大地影響計算性能。隨著大數據與人工智能等應用的興起，海量數據的處理使得馮·諾依曼計算體系結構瓶頸越來越突出。
2、申請內容
3、根據本技術實施例的第一方面，提供了一種半導體器件，該半導體器件包括：存儲器陣列；存儲器陣列包括多個存儲串，每個存儲串包括串聯在位線和源極層之間的多個存儲單元；存儲單元被配置為存儲權重數據；源極層包括多個沿第一方向間隔的第一子源極層，存儲同一個權重數據的m個存儲單元所在的m個存儲串分別與不同的第一子源極層耦接，第一方向平行于位線延伸的方向；m為大于1的整數。
4、在一些實施例中，存儲同一個權重數據的m個存儲單元與同一位線耦接。
5、在一些實施例中，存儲同一個權重數據的兩個存儲單元與同一位線耦接。
6、在一些實施例中，半導體器件還包括與存儲器陣列耦接的外圍電路；外圍電路被配置為：在m*n個存儲單元中寫入n個權重數據；n為大于0的整數；對寫入權重數據的存儲單元耦接的位線施加對應的輸入電壓；根據半導體器件的源極層的輸出電流，得到運算結果。
7、在一些實施例中，外圍電路包括感測電路.移位電路和運算電路；其中，感測電路與第一子源極層耦接且被配置為，采集存儲同一權重數據的m個存儲單元分別耦接的m個第一子源極層的輸出電流信號，并將采集的電流信號對應的電壓信號進行模數轉換處理；移位電路與感測電路耦接且被配置為，按照預設規則對多個模數轉換的結果中至少部分模數轉換的結果進行移位處理；運算與移位電路耦接且被配置為，將多個模數轉換的結果對應的移位處理后的結果作和，得到運算結果。
8、在一些實施例中，外圍電路被配置為：在m*n個存儲單元中寫入n個權重數據時，一個權重數據分別存儲在第一位線耦接的m個存儲單元中及第二位線耦接的m個存儲單元中；2m個存儲單元中存儲的數據用于形成權重數據的差分數據對。
9、在一些實施例中，第一位線和第二位線為沿第二方向相鄰的兩條位線，第二方向垂直于位線延伸的方向。
10、在一些實施例中，存儲單元的存儲位數為三位；一個權重數據存儲在第一位線耦接的兩個存儲單元中以及第二位線耦接的兩個存儲單元中；一個權重數據的數據類型包括八位有符號整數。
11、在一些實施例中，外圍電路被配置為：依次對第一位線施加第一輸入電壓，對第二位線施加第二輸入電壓；對2m個存儲單元分別耦接的m個第一子源極層均施加第三輸入電壓；其中，第三輸入電壓小于第一輸入電壓且大于第二輸入電壓，第三輸入電壓與第一輸入電壓的壓差等于第三輸入電壓與第二輸入電壓的壓差。
12、在一些實施例中，感測電路具體被配置為，采集2m個存儲單元分別耦接的m個第一子源極層中每個第一子源極層輸出的兩個相反方向的電流信號，并將采集的電流信號對應的電壓信號分別進行模數轉換處理。
13、在一些實施例中，外圍電路被配置為：依次對第一位線施加第一輸入電壓，對第二位線施加第二輸入電壓；對2m個存儲單元分別耦接的m個第一子源極層均施加第三輸入電壓；其中，第一輸入電壓等于第二輸入電壓。
14、在一些實施例中，外圍電路還包括：差分電路；差分電路與第一子源極層耦接且被配置為，將存儲權重數據的2m個存儲單元分別耦接的m個第一子源極層中每個源極層輸出的兩個相同方向的電流信號進行差分處理；感測電路與差分電路耦接且被配置為，采集差分處理后的差分數據對信號，并對差分數據對信號對應的電壓信號分別進行模數轉換處理。
15、在一些實施例中，源極層包括多個沿第二方向間隔的第二子源極層，存儲同一權重數據的m個存儲單元所在的m個存儲串均與同一第二子源極層耦接，第二方向垂直于位線延伸的方向。
16、在一些實施例中，一個第二子源極層耦接若干個存儲串，若干個存儲串耦接的位線的數量與輸入數據的數據量相關；位線上施加的輸入電壓與輸入數據的數據值相關。
17、在一些實施例中，半導體器件包括第一半導體結構以及第二半導體結構；存儲器陣列位于第一半導體結構中，第一半導體結構還包括位于源極層一側的第一鍵合層；外圍電路位于第二半導體結構中，第二半導體結構還包括位于外圍電路一側的第二鍵合層；存儲器陣列與外圍電路通過第一鍵合層和第二鍵合層混合鍵合的方式連接。
18、在一些實施例中，半導體器件包括三維nand型存儲器。
19、根據本技術實施例的第二方面，提供了一種系統，該系統包括：至少一個本技術實施例提供的的半導體器件；控制器，與至少一個半導體器件耦接并被配置為向半導體器件發送輸入數據以及接收半導體器件輸出的運算結果。
20、根據本技術實施例的第三方面，提供了一種半導體器件的操作方法，該操作方法包括：在半導體器件的m*n個存儲單元中寫入n個權重數據；存儲同一權重數據的m個存儲單元所在的多m個存儲串分別與不同的第一子源極層耦接；半導體器件包括多個存儲串，每個存儲串包括串聯在位線和源極層之間的多個存儲單元；源極層包括多個沿第一方向間隔的第一子源極層，第一方向平行于位線延伸的方向；m為大于1的整數，n為大于0的整數；對寫入權重數據的存儲單元耦接的位線施加對應的輸入電壓；根據源極層的輸出電流，得到運算結果。
21、在一些實施例中，存儲同一個權重數據的兩個存儲單元與同一位線耦接。
22、在一些實施例中，存儲同一個權重數據的兩個存儲單元與同一位線耦接。
23、在一些實施例中，根據源極層的輸出電流，得到運算結果，包括：采集存儲同一權重數據的m個存儲單元分別耦接的m個第一子源極層的輸出電流信號，并將采集的電流信號對應的電壓信號進行模數轉換處理；按照預設規則對多個模數轉換的結果中至少部分模數轉換的結果進行移位處理；將多個模數轉換的結果對應的移位處理后的結果作和，得到運算結果。
24、在一些實施例中，該操作方法還包括：在m*n個存儲單元中寫入n個權重數據時，一個權重數據分別存儲在第一位線耦接的m個存儲單元中及第二位線耦接的m個存儲單元中；2m個存儲單元中存儲的數據用于形成權重數據的差分數據對。
25、在一些實施例中，第一位線和第二位線為沿第二方向相鄰的兩條位線，第二方向垂直于位線延伸的方向。
26、在一些實施例中，存儲單元的存儲位數為三位；一個權重數據存儲在第一位線耦接的兩個存儲單元中以及第二位線耦接的兩個存儲單元中；一個權重數據的數據類型包括八位有符號整數。
27、在一些實施例中，對寫入權重數據的存儲單元耦接的位線施加對應的輸入電壓，包括：依次對第一位線施加第一輸入電壓，對第二位線施加第二輸入電壓；該操作方法還包括：對2m個存儲單元分別耦接的m個第一子源極層均施加第三輸入電壓；其中，第三輸入電壓小于第一輸入電壓且大于第二輸入電壓，第三輸入電壓與第一輸入電壓的壓差等于第三輸入電壓與第二輸入電壓的壓差。
28、在一些實施例中，采集存儲同一權重數據的m個存儲單元分別耦接的m個第一子源極層的輸出電流信號，并將采集的電流信號對應的電壓信號進行模數轉換處理，包括：采集2m個存儲單元分別耦接的m個第一子源極層中每個第一子源極層輸出的兩個相反方向的電流信號，并將采集的電流信號對應的電壓信號分別進行模數轉換處理。
29、在一些實施例中，對寫入權重數據的存儲單元耦接的位線施加對應的輸入電壓，包括：依次對第一位線施加第一輸入電壓，對第二位線施加第二輸入電壓；該操作方法還包括：對2m個存儲單元分別耦接的m個第一子源極層均施加第三輸入電壓；其中，第一輸入電壓等于第二輸入電壓。
30、在一些實施例中，該操作方法還包括：將存儲權重數據的2m個存儲單元分別耦接的m個第一子源極層中每個源極層的輸出的兩個相同方向的電流信號進行差分處理；采集存儲同一權重數據的m個存儲單元分別耦接的m個第一子源極層的輸出電流信號，并將采集的電流信號對應的電壓信號進行模數轉換處理，包括：采集差分處理后的差分數據對信號，并對差分數據對信號對應的電壓信號分別進行模數轉換處理。
31、在一些實施例中，源極層包括多個沿第二方向間隔的第二子源極層，存儲同一權重數據存儲的m個存儲單元所在的m個存儲串均與同一第二子源極層耦接，第二方向垂直于位線延伸的方向。
32、在一些實施例中，一個第二子源極層耦接若干個存儲串，若干存儲串耦接的位線的數量與輸入數據的數據量相關；位線上施加的輸入電壓與輸入數據的數據值相關。
33、本技術實施例中提供的半導體器件包括：存儲器陣列；存儲器陣列包括多個存儲串，每個存儲串包括串聯在位線和源極層之間的多個存儲單元；存儲單元被配置為存儲權重數據；源極層包括多個沿第一方向間隔的第一子源極層，存儲同一個權重數據的m個存儲單元所在的m個存儲串分別與不同的第一子源極層耦接，第一方向平行于位線延伸的方向；m為大于1的整數。本技術實施例中，源極層被切分為沿位線延伸的方向間隔排布的多個第一子源極層，也就是說，源極層被切分為多個第一子源極層，該多個第一子源極層的分離可以便于對不同的第一子源極層的輸出數據執行不同的后續操作，如進行不同的處理，以使得本技術實施例中能夠通過多個存儲單元來一起存儲同一權重數據，如此權重數據的位數不必受限于存儲單元的存儲位數，從而本技術實施例可以提供更多位的權重數據的存儲，進而提升存算一體的計算并行度。
技術實現思路