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随着可穿戴设备、物联网、云计算及大数据应用的快速发展,常关断计算技术逐渐成为解决智能终端续航瓶颈的主要方向,而静态随机存储器(Static Random Access Memory,SRAM)作为 SoC(System on Chip,SoC)芯片的核心部件在掉电后存在数据丢失的缺陷,为了满足常关断计算需求,非易失性SRAM(Non-Volatile Static Random Access Memory,NVSRAM)成为研究的热点。RRAM(Resistance Random Access Memory,RRAM)因其具有良好的电学特性、面积小且与 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺良好兼容性等特点,在非易失性SRAM中表现出很强的竞争优势。本文将在先进工艺下对基于RRAM的非挥发性SRAM存储单元进行研究。在考虑工艺波动的基础上,分析了多种结构设计方案。1)多阈值电压结构:交叉耦合反相器具有不对称的阈值电压,系统上电时存储节点的数据不再是随机状态,接着通过恢复路径对节点充放电来实现断电前数据的恢复。2)差分数据感知结构:交叉耦合反相器由位线供电,系统上电时通过对BL/BLB位线采用特殊的控制时序,使存储节点数据达到预知状态,接着开启恢复路径,从而实现系统断电前数据的恢复。这两种结构均采用了单边节点接入RRAM的方式。分析对比了这两种结构性能,并进行了结构优化,最终实现了一种新型非挥发性SRAM高可靠性存储单元结构。另外采用数据可预知恢复状态的实现方法,构建了一种适用于非挥发性SRAM系统的高可靠性控制机制,确保系统的可靠性操作。为系统优化提供理论指导,对我国物联网快速发展具有深远的意义。基于SMIC 65nm工艺节点大量仿真数据表明,本文提出的结构能够显著提高数据的恢复率和恢复速度,更优的读写静态噪声容限(Static Noise Margin,SNM),以及很大程度上降低了结构的静态和动态功耗。