一种优化的相变存储器体系结构制造技术

本发明专利技术公开了一种优化的相变存储器体系结构，每个PCM行由数据域和校验域组成，校验域包括分组信息域和ECC校验码域，数据域采用单层PCM单元存储，而数据校验域则采用双层PCM单元存储。本发明专利技术采用动态分组的方式，将数据域依据易损位元位置动态划分为N组，使得易损位均匀分布在每个组中，每个组至多一个易损位；同时本发明专利技术使用分组的ECC校验，通过使用双层PCM单元存储校验位，增加了校验域长度，提高了PCM行数据出错的修正能力，能够修正更多的位元错误；在增强容错能力的同时，可以提高读取电压减少读延迟，大大提高PCM的读取速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机存储
，具体涉及一种优化的相变存储器体系结构。
技术介绍
相变存储(PhaseChangeMemory，简称PCM)是一个发展十分迅速的，在未来极有可能取代主存系统的存储技术。它支持高密度，大规模的数据存储，而且具有不易挥发的特性。但是相变存储器具有一个缺点，就是目前该存储设备的读写延迟都比较高，写延迟更甚。相变存储器的基本单元是由Ge，Sb和Te的化合物薄片加上两个电极组成，该化合物在结晶态和非结晶态时的导电性存在着巨大的差异，相变存储器就是利用了这个差异来存储数据的。单层PCM位元分为两种状态：结晶态和非结晶态，分别对应着数据1和0。多层PCM位元则在结晶态和非结晶态中间取两种半结晶状态组成四种状态，分别存储“11”、“10”、“01”、“00”四种数据。PCM通过给每个单元施加不同的电压脉冲，达到读写数据的目的。当给该硫族化合物施加短时间高电压的脉冲时，会从结晶态转换为非结晶态(RESET状态)，当施加长时间低电压的脉冲时，又会让该化合物转化为结晶态(SET状态)。近年来，有学者提出了TurboRead策略，TurboRead策略依据PCM单元具有一定范围内读取电压越大，读延迟越短的特点，稍微增加读取电压来达到提高读取速度的目的。但是由于每个PCM位元的物理特性不完全相同，从而在高电压情况下，少数的位元会误写数据(该现象称为读干扰)。由于ECC校验只能纠正一个位元错误，为避免一行出现多个读干扰错误的位，不能充分提高读取电压，因此达不到理想的读取速度。为解决读干扰积累问题，于是有人又提出了PRS(ProbabilisticRowScrubbing)策略，该策略对那些经常访问的数据行按照一定的概率进行数据校验，但是并不能完全解决读干扰积累问题。
技术实现思路
针对现有技术所存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种优化的相变存储器体系结构，该体系结构采用N组ECC校验，将容错能力提升到最多N位，使得读取电压能够进一步提高，并且在将所有读到Cache中的数据都进行整行数据校验，彻底解决了读干扰积累的问题。一种优化的相变存储器体系结构，包括：PCM单元阵列和两组读取电路；所述的PCM单元阵列每行由多个PCM单元组成，每行中的PCM单元被分成数据域和校验域，所述的校验域进一步分为分组信息域和ECC校验码域；数据域中的PCM单元采用单层存储结构即每个PCM单元存储一个数据，校验域中的PCM单元采用双层存储结构即每个PCM单元存储两个数据；所述的两组读取电路其中一组用于为数据域中的PCM单元施加读电压，另一组用于为校验域中的PCM单元施加读电压；所述数据域中的PCM单元根据易损位元的位置被分成N组，使得易损位元均匀分布在每组中且每组最多只有一个易损位元，每组PCM单元均通过计算对应得到一个ECC校验值，N为大于1的自然数；所述的易损位元为数据域中写电压下限接近于读取电路施加的读电压的PCM单元；任一行ECC校验码域中的PCM单元用于存储本行数据域中各组PCM单元的ECC校验值，任一行分组信息域中的PCM单元用于存储本行数据域的分组信息。所述数据域中的PCM单元根据易损位元的位置被分成N组，具体分组标准及流程如下：首先，对数据域中的PCM单元从右往左进行二进制编号，并构造数据域可采用的分组模板并给定每个分组模板的差异特征值；若数据域中没有易损位元或只有一个易损位元，则任取一个分组模板将数据域中的PCM单元分成两组；若数据域中存在有两个易损位元，则对这两个易损位元的编号进行异或运算得到差异值，进而将该差异值分解为m个差异特征值，从与这m个差异特征值对应的m个分组模板中任取一个分组模板将数据域中的PCM单元分成两组，m为差异值中为1的数码个数；若数据域中存在至少三个易损位元，则按以下步骤进行操作：(1)从数据域中任取两个易损位元，对这两个易损位元的编号进行异或运算得到差异值，进而将该差异值分解为m个差异特征值，从与这m个差异特征值对应的m个分组模板中任取一个分组模板将数据域中的PCM单元分成两组；(2)再从数据域中任取一个易损位元，判断该易损位元与之前取出的所有易损位元中哪个易损位元同属于一组，进而对同组的这两个易损位元按步骤(1)的操作获得一个分组模板，进而根据该分组模板将之前分组得到的每组PCM单元再进一步分成两组；反复执行步骤(2)，直至数据域中所有易损位元都被取光。所述数据域中PCM单元的个数为2n，则该数据域可采用的分组模板个数为n，这n个分组模板的差异特征值均由n位数码组成，其中第i个分组模板的差异特征值中从右往左第i位数码为1，其余数码均为零；n和i均为大于0的自然数且1≤i≤n。所述第i个分组模板的分组形式为：将数据域或任一组PCM单元从左往右分割成多个窗口，每个窗口由2i个PCM单元组成；各个窗口中从左往右前一半PCM单元统一归为一组，后一半PCM单元统一归为另一组，从而使得数据域或任一组PCM单元被分为两组。所述将该差异值分解为m个差异特征值，其中第j个差异特征值即保留差异值中从左往右第j个为1的数码，使差异值中其余数码均置为0，j为大于0的自然数且1≤j≤m。优选地，所述的相变存储器体系结构还包括有设于PCM单元阵列与缓存之间的数据校验电路，其用于对所有从PCM单元阵列读入缓存中的数据进行数据校验；不同于传统对实际使用的数据而非所有读入Cache的数据进行校验的方法，本优选技术方案有效防止读干扰问题的累积而造成数据无法恢复的问题。每个PCM单元均具有各自的读电压区间和写电压区间，写电压区间比读电压区间大且无交集。所述数据域的分组个数N＝2k且M≤N＜2n，k为大于0的自然数，M为数据域中易损位元的个数。所述数据域的分组信息即为数据域所采用过的分组模板的索引。所述数据域的分组次数＝log2N。本专利技术相变存储器体系结构具有以下有益技术效果：(1)本专利技术采用动态分组的方式，将数据域依据易损位元位置动态划分为N组，使得易损位均匀分布在每个组中，每个组至多一个易损位；ECC校验无法改正多个位元错误，动态划分可以避免一个组出现多个位元错误。(2)本专利技术使用分组的ECC校验，通过使用双层PCM单元存储校验位，增加了校验域长度，提高了PCM行数据出错的修正能力，能够修正更多的位元错误；在增强容错能力(PCM行容错可以提高到多位)的同时，可以提高读取电压减少读延迟，大大提高PC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种优化的相变存储器体系结构，包括PCM单元阵列和两组读取电路；其特征在于：所述的PCM单元阵列每行由多个PCM单元组成，每行中的PCM单元被分成数据域和校验域，所述的校验域进一步分为分组信息域和ECC校验码域；数据域中的PCM单元采用单层存储结构即每个PCM单元存储一个数据，校验域中的PCM单元采用双层存储结构即每个PCM单元存储两个数据；所述的两组读取电路其中一组用于为数据域中的PCM单元施加读电压，另一组用于为校验域中的PCM单元施加读电压；所述数据域中的PCM单元根据易损位元的位置被分成N组，使得易损位元均匀分布在每组中且每组最多只有一个易损位元，每组PCM单元均通过计算对应得到一个ECC校验值，N为大于1的自然数；所述的易损位元为数据域中写电压下限接近于读取电路施加的读电压的PCM单元；任一行ECC校验码域中的PCM单元用于存储本行数据域中各组PCM单元的ECC校验值，任一行分组信息域中的PCM单元用于存储本行数据域的分组信息。

【技术特征摘要】
1.一种优化的相变存储器体系结构，包括PCM单元阵列和两组读取电路；
其特征在于：
所述的PCM单元阵列每行由多个PCM单元组成，每行中的PCM单元被分
成数据域和校验域，所述的校验域进一步分为分组信息域和ECC校验码域；数
据域中的PCM单元采用单层存储结构即每个PCM单元存储一个数据，校验域
中的PCM单元采用双层存储结构即每个PCM单元存储两个数据；
所述的两组读取电路其中一组用于为数据域中的PCM单元施加读电压，另
一组用于为校验域中的PCM单元施加读电压；
所述数据域中的PCM单元根据易损位元的位置被分成N组，使得易损位元
均匀分布在每组中且每组最多只有一个易损位元，每组PCM单元均通过计算对
应得到一个ECC校验值，N为大于1的自然数；所述的易损位元为数据域中写
电压下限接近于读取电路施加的读电压的PCM单元；
任一行ECC校验码域中的PCM单元用于存储本行数据域中各组PCM单元
的ECC校验值，任一行分组信息域中的PCM单元用于存储本行数据域的分组
信息。
2.根据权利要求1所述的相变存储器体系结构，其特征在于：所述数据域
中的PCM单元根据易损位元的位置被分成N组，具体分组标准及流程如下：
首先，对数据域中的PCM单元从右往左进行二进制编号，并构造数据域可
采用的分组模板并给定每个分组模板的差异特征值；
若数据域中没有易损位元或只有一个易损位元，则任取一个分组模板将数
据域中的PCM单元分成两组；
若数据域中存在有两个易损位元，则对这两个易损位元的编号进行异或运
算得到差异值，进而将该差异值分解为m个差异特征值，从与这m个差异特征
值对应的m个分组模板中任取一个分组模板将数据域中的PCM单元分成两组，
m为差异值中为1的数码个数；
若数据域中存在至少三个易损位元，则按以下步骤进行操作：
(1)从数据域中任取两个易损位元，对这两个易损位元的编号进行异或运

\t算得到差异值，进而将该差异值分解为m个差异特征值，从与这m个差异特征
值对应的m个分组模板中任取一个分组模板将数据域中的PCM单元分成两组；
(2)再从数据域中任取一个易损位元，判...

【专利技术属性】
技术研发人员：付钊，姜晓红，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33