应用于自旋轨道转矩驱动的动态调谐概率树的磁隧道结随机数发生器
介观与纳米尺度物理
2023-11-29 v1
摘要
基于垂直磁隧道结（pMTJ）的真随机数发生器（RNG）每比特能耗可比 CMOS 伪随机数发生器低数个数量级。在此，我们使用宏自旋 Landau-Lifshitz-Gilbert 方程求解器数值研究了由自旋轨道转矩驱动的 pMTJ 在可调概率树辅助下直接从任意概率分布采样数字的方法。该树通过额外的施加自旋转移转矩电流动态偏置称为“硬币翻转”的 pMTJ 弛豫事件序列来运作。具体而言，使用单个理想 pMTJ 器件，我们基于 p 值分布分析成功地从指数分布中在 0,255 区间上抽取整数样本。为研究器件间差异，pMTJ 的热稳定性根据制造的器件数据而变化。研究发现，虽然重复使用差异器件会抑制恢复概率分布的能力，但当将整个器件集合视为一个“桶”来不可知地抽取随机数时，器件差异会平均掉。此外，注意到器件差异对概率树最高层影响最显著，在较低层误差递减。随后将这些器件用于抽取均匀和指数分布数字以进行来自粒子输运问题的蒙特卡洛计算，显示出与分析解的极好数据拟合。最后，将这些器件与 CMOS 和忆阻器 RNG 进行基准比较，显示出更快的位生成和显著更低的能量使用。
引用
@article{arxiv.2311.16345,
title = {Magnetic Tunnel Junction Random Number Generators Applied to Dynamically Tuned Probability Trees Driven by Spin Orbit Torque},
author = {Andrew Maicke and Jared Arzate and Samuel Liu and Jaesuk Kwon and J. Darby Smith and James B. Aimone and Shashank Misra and Catherine Schuman and Suma G. Cardwell and Jean Anne C. Incorvia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.16345},
year = {2023}
}
备注
10 pages, 8 figures, 2 tables