論文の概要: In-Situ Encryption of Single-Transistor Nonvolatile Memories without Density Loss

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.03461v1
• Date: Wed, 03 Dec 2025 05:30:10 GMT
• ステータス: 情報取得中
• システム内更新日: 2025-12-04 12:12:44.782265
• Title: In-Situ Encryption of Single-Transistor Nonvolatile Memories without Density Loss
• Title（参考訳）: 密度損失のない単一トランジスタ不揮発性メモリのその場暗号化
• Authors: Sanwar Ahmed Ovy, Jiahui Duan, Md Ashraful Islam Romel, Franz Muller, Thomas Kampfe, Kai Ni, Sumitha George,
• Abstract要約: 強誘電体FET(FeFET)を用いた超高密度単一トランジスタ暗号セルを提案する。 XORベースのスキームにおいて、2メモリデバイス毎の暗号化セル要求を排除したのは、これが初めてである。 128x128ビットアレイの解析では、以前のFeFETよりも2倍高い暗号化/復号化スループットを示し、AESよりも45.2x/14.12倍改善した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.6138201450126488
• License:
• Abstract: Non-volatile memories (NVMs) offer negligible leakage power consumption, high integration density, and data retention, but their non-volatility also raises the risk of data exposure. Conventional encryption techniques such as the Advanced Encryption Standard (AES) incur large area overheads and performance penalties, motivating lightweight XOR-based in-situ encryption schemes with low area and power requirements. This work proposes an ultra-dense single-transistor encrypted cell using ferroelectric FET (FeFET) devices, which, to our knowledge, is the first to eliminate the two-memory-devices-per-encrypted-cell requirement in XOR-based schemes, enabling encrypted memory arrays to maintain the same number of storage devices as unencrypted arrays. The key idea is an in-memory single-FeFET XOR scheme, where the ciphertext is encoded in the device threshold voltage and leverages the direction-dependent current flow of the FeFET for single-cycle decryption; eliminating complementary bit storage also removes the need for two write cycles, allowing faster encryption. We extend the approach to multi-level-cell (MLC) FeFETs to store multiple bits per transistor. We validate the proposed idea through both simulation and experimental evaluations. Our analysis on a 128x128-bit array shows 2x higher encryption/decryption throughput than prior FeFET work and 45.2x/14.12x improvement over AES, while application-level evaluations using neural-network benchmarks demonstrate average latency reductions of 50% and 95% compared to prior FeFET-based and AES-based schemes, respectively.
• Abstract（参考訳）: 非揮発性メモリ(NVM)は、無視可能なリーク電力消費、高い統合密度、データ保持を提供するが、その非揮発性はデータ露出のリスクも高める。 従来の暗号化技術であるAdvanced Encryption Standard (AES)は、大きなオーバヘッドと性能上のペナルティを発生させ、低領域と電力要求の少ない軽量なXORベースのin-situ暗号化スキームを動機付けている。 本研究は、FET(FeFET)デバイスを用いた超高密度単一トランジスタ暗号化セルを提案する。これは、XOR方式における2メモリデバイス毎の暗号化セル要求を初めて排除し、暗号化メモリアレイが非暗号化配列と同じ数のストレージデバイスを維持することを可能にする。 キーとなるアイデアはインメモリのシングルFeFET XORスキームで、デバイスしきい値電圧に暗号文を符号化し、単一サイクル復号のためにFeFETの方向依存電流フローを利用する。 マルチレベルセル(MLC) FeFET へのアプローチを拡張し,トランジスタ毎に複数のビットを格納する。 提案手法をシミュレーションと実験により検証する。 128x128ビットアレイの解析では、以前のFeFETよりも2倍高い暗号化/復号スループットを示し、AESよりも45.2x/14.12倍向上した。

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