《IEEE Open Journal of Nanotechnology》：WaCPro: An Open-Source Application for Waveform and Crossbar Programming in Nanotechnology Research
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为破解商用AWG昂贵封闭、脚本碎片化难复现的困局，研究团队推出MATLAB开源GUI平台WaCPro，实现从波形设计、交叉阵列映射到硬件即插即用的全流程，实验验证1∶1还原纳秒-毫伏精度，为纳米器件标准化测试与跨实验室协作提供一站式解决方案。
2000字论文解读
当“摩尔列车”逼近物理终点，纳米忆阻器（memristor）凭借可编程电导、非易失、低功耗，被寄望成为后摩尔时代的“晶体管接班人”。然而，这颗“新星”在实验室里却常被一只“隐形拦路虎”绊住：如何 reproducible 地把精心设计的电压脉冲准确无误地送进尺寸仅数十纳米的器件？商用任意波形发生器（AWG）虽精度高，却价格高昂、固件封闭，不支持交叉阵列所需的行列同步脉冲；而自写MATLAB/Python脚本灵活却碎片化，换台仪器就要重写，学生换届即“失传”。缺乏统一、开源、硬件就绪的波形工具，已成为忆阻器从“论文”走向“芯片”的瓶颈。
为打通这一“最后一公里”，Democritus University of Thrace 与 Universitat Politècnica de Catalunya 联合团队开发并开源了 WaCPro（Waveform and Crossbar Programmer）。该软件以 MATLAB 原生函数写成，无需任何付费工具箱，通过“波形编辑器+1T1R交叉阵列写入器+可视化+导出引擎”四模块一体式 GUI，把复杂脉冲设计“点鼠标”完成，并直接输出 AWG 可读的 .csv/.txt，实现“设计-验证-上机”分钟级闭环。论文发表于《IEEE Open Journal of Nanotechnology》2025 年第 6 卷。
关键技术方法
模块化 MATLAB 架构：四模块独立，GUI 统一调度，核心函数可单独脚本调用。
器件-仪器双向兼容的采样数组：以 amplitude/duration/time-step 三元组+元数据描述波形，保证仿真与实验同一数据源。
SCPI over TCP/IP 远程 AWG 控制：支持 Agilent/Keysight、Tektronix、Rohde & Schwarz 等多品牌，14-bit DAC 整数码无损映射。
行列同步引擎：自动计算行选通与列写脉冲的延迟、占空，支持外触发或共时钟同步。
能量计量：导出时自动计算总编程能耗，方便低功耗写策略优化。
研究结果
波形编辑器：内置阶跃、斜坡、正弦、高斯、泊松脉冲串等模板，支持多段任意拼接；实时预览确保纳秒级边沿与毫伏级幅度。
交叉阵列写入器：用户将目标电导值填入 N×N 查找表，软件自动映射为行列电压，生成带延迟的脉冲序列，并以热图+时序图双重可视化，提前发现冲突。
文件导出：一键生成带时间戳的 .zip，内含行列独立波形、log 元数据及能耗报告，可直接喂入 Cadence Virtuoso 或 Python 仿真，也可通过配套脚本 WaCPro_to_AWG.m 上传至 AWG。
硬件验证：将 WaCPro 设计的 1 s 复合波形（含 50 Hz 正弦、高斯包络、泊松脉冲串）经 LAN 送入 Agilent 81150A，外触发 0.5 Hz 方波，DSO90804A 示波器捕获结果显示幅度误差 <±55 mV，频率误差 0.18%，时基 100 ms/div 下波形与预览完全重叠，证实纳秒-毫伏级 fidelity。
交叉阵列编程演示：4×4 1T1R 阵列，两行写入 0.7 V、两行写入 1.2 V，列脉冲 1.0 V、宽度 1 ms、间隔 100 μs，双 AWG 同步触发，成功实现单元选通，验证行列时序零偏移。
结论与讨论
WaCPro 以开源、零依赖、GUI 友好三大特性，填补忆阻器研究链“软件断层”，首次将波形设计、交叉阵列映射、硬件输出压缩到同一平台，实现“学生也能复现”的实验流程。其导出的标准化脉冲文件与 SCPI 脚本，使不同实验室可共享同一套“电压语言”，加速数据可比性与模型迭代。未来耦合硬件在环（HIL）与自动测量机械臂，有望构建无人值守的 24×7 纳米器件表征闭环，为神经形态芯片、存内计算加速器快速筛选器件、优化编程策略提供“加速器”。作者已把全部源码与可执行文件托管至 GitHub，邀请全球同行共建下一代纳米电子实验生态。
