Fabrication and characterization of resistive switching memory devices for high-density storage and in-memory computing

Modern computing systems are facing fundamental challenges in processing large amounts of information efficiently, mainly due to the latency gap existing between the CPU and storage devices. Many approaches to solve this problem have been proposed, from the development of novel high-performance memories, to the implementation of non-Von Neumann computing paradigms such as neuromorphic computing and in-memory computing. Emerging non-volatile memories and devices based on 2D materials are promising candidates for this kind of application. In this work, the fabrication and characterization of novel resistive switching devices for high-performance memories and in-memory computing are discussed; moreover, the implementation of innovative in-memory computing systems based on such devices is addressed.

I moderni calcolatori esibiscono limiti sempre più evidenti nel processare grandi quantità di informazioni in maniera efficiente, principalmente a causa della discrepanza in termini di latenza tra la CPU e i dispositivi di archiviazione. Diversi approcci sono stati proposti per risolvere tale problematica, dallo sviluppo di nuove memorie ad alte prestazioni all'implementazione di paradigmi computazionali di tipo non-von Neumann, come la computazione neuromorfica o l'in-memory computing. Le memorie emergenti non volatili e i dispositivi basati su materiali 2D sono particolarmente promettenti per questo tipo di applicazione. In questo lavoro vengono presentate la fabbricazione e la caratterizzazione elettrica di innovativi dispositivi a switching resistivo per memorie ad alte prestazioni e in-memory computing; inoltre, viene discussa l'implementazione di sistemi per in-memory computing basati su tali dispositivi.