使用运行时逆向工程优化DRAM刷新制造技术

可以提供用于刷新DRAM的方法和相关DRAM控制器。基于优化的命令序列，利用外部多行多库刷新功能刷新DRAM的方法包括：在DRAM的初始化时确定用于外部多行多库刷新功能的操作间时序参数；确定行级激活(ACT)和预充电(PRE)命令的优化时序参数；以及将优化时序参数应用于行级ACT和PRE命令，以使用外部多行多库刷新功能刷新DRAM。更换SDRAM的自动刷新功能。

【技术实现步骤摘要】
使用运行时逆向工程优化DRAM刷新
本专利技术大体上涉及一种刷新DRAM的方法，更具体，涉及基于优化的命令序列刷新具有新颖的外部多行多库刷新功能的DRAM。本专利技术还涉及相关的DRAM控制器。
技术介绍
主存储器是现代计算系统中的关键组件，其与数据访问速度、数据的可用性和一致性以及安全性方面相关。为了避免从较慢的大容量存储设备进出分页数据或分页数据进出到较慢的大容量存储设备，目前的趋势是安装越来越多的主存储器容量。内存计算甚至更多地增加了对大量主存储器的需求。主存储器通常以DRAM(dynamicrandomaccessmemory，动态随机存取存储器)的形式实现。这些存储器设备需要定期刷新数据。众所周知，DRAM刷新在时间和能耗方面都是昂贵的，并且其开销变得越来越大。DRAM刷新的成本随着容量线性增长，这意味着每个密度代的存储器芯片的成本呈指数级增长。现代JEDEC(原联合电子设备工程委员会，JointElectronDeviceEngineeringCouncil，今天的JEDEC固态技术协会)同步DRAM(synchronousDRAM，简称SDRAM)使用一种特殊的自动刷新命令，该命令对外部存储控制器是不透明的，并且在内部(即，DRAM芯片本身的内部)处理所有刷新操作和时序。为了补偿一些不断增加的刷新开销，JEDEC设计了自动刷新功能，该功能在内部使用了高度优化的架构，尤其是，该架构违反了外部控制器在正常操作期间必须满足并遵守的互操作时序规则(例如，对于PREcharge库、ACTivate行和/或读/写操作列)。之所以DRAM可以在内部违反外部时序参数，是因为在刷新期间，可以理解为与“正常”操作不同，读或写操作将不遵循(多行)ACTivate操作。内部机制同时刷新数字行(而不仅仅像外部ACT和PRE命令那样一次刷新一个数字行)。对于内部自动刷新功能，没有命令/地址总线限制。SDRAM的典型示例是广泛使用的DDR3存储器。存在大量开发用于逐行手动/外部刷新DRAM的方案的研究，其表征每行保留数据的能力，并消除对可以不经常刷新的行的不必要的刷新操作。已经证明这些方案非常有效，因为消除刷新改善了存储器系统的能耗和性能。这为DRAM系统效率的显着提高提供了潜力。然而，这些方案与JEDECSDRAM规范的现代自动刷新功能不兼容。此外，无论该行是否需要刷新，自动刷新不能跳过任何行。因此，手动/外部方案使用显式行级激活(ACT)和预充电(PRE)，并且仍然逐行刷新，称为行粒度刷新(RGR，RowGranularRefresh)。正因为如此，研究表明这些刷新方案无法通过自动刷新机制利用内部可用的优化。先前的工作已经承诺对DRAM架构和协议进行最小的改变，允许外部刷新操作的行粒度协议和内部优化的使用(K.K.-WChang,D.Lee,Z.Chrishti,A.R.Alameldeen,C.Wilkerson,Y.KimandO.Multu:“improvingDRAMperformancebyparallelizingrefreshwithaccesses”inhigh-performancecomputerarchitecture(HPCA),2014IEEE20thInternationalSymposium,2014)。其他先前的工作还声称，通过使用单独的ACT和PRE命令，即RGR，可能无法使优化的自动刷新的性能和能耗节省相等。比较I.Bhati,Z.Chishti,S.-L.LuandB.Jacob,"Flexibleauto-refresh:enablingscalableandenergy-efficientDRAMrefreshreductions,"inProceedingsofthe42ndAnnualInternationalSymposiumonComputerArchitecture,2015和I.Bhati,M.-T.Chang,Z.Chishti,S.-L.LuandB.Jacob,"DRAMRefreshMechanisms,Trade-offs,andPenalties,"Computers,IEEETransactionson,vol.PP,no.99,pp.1-1,2015。因此，需要明显矛盾的内部和外部刷新机制，该刷新机制看似彼此排斥。
技术实现思路
根据独立权利要求，可以通过用于刷新DRAM和相关DRAM控制器的新方法来解决该需求。根据本专利技术的一个方面，可以提供一种用于基于优化的命令序列来刷新具有外部多行多库刷新功能的DRAM的方法。所述方法可以包括：在DRAM的初始化时确定用于外部多行多库刷新功能的操作间时序参数；确定用于行级激活(ACT)和预充电(PRE)命令的优化时序参数；以及将优化时序参数应用于行级ACT和PRE命令，以使用外部多行多库刷新功能刷新DRAM。根据本专利技术的另一个方面，可以提供一种用于基于优化的命令序列来刷新具有外部多行多库刷新功能的DRAM的DRAM控制器。所述DRAM控制器可以包括：第一确定单元，适于在DRAM初始化时确定用于外部多行多库刷新功能的操作间时序参数；以及第二确定单元，适于确定用于行级激活(ACT)和预充电(PRE)命令的优化时序参数。所述DRAM控制器还可以包括：适于将优化时序参数应用于行级ACT和PRE命令，以使用外部多行多库刷新功能刷新DRAM。可以注意到，多行多库刷新功能包括新颖的信号序列，并且可以不与JEDECSDRAM的内部自动刷新机制相互混合。实际上，这里提出的多行多库刷新功能可以取代在多个JEDECSDRAM中的内部自动刷新机制(这些机制也是多行多库刷新)。因此，与传统的外部RGR(RowGranularRefresh，行粒度刷新)方法相比，新的刷新功能可以被称为优化行粒度刷新ORGR(OptimizedRowGranularRefresh)。所提出的刷新DRAM的方法可以提供多种优点和技术效果：该逐行刷新功能可以由存储控制器外部触发，也可以用于标准的JEDEC兼容SDRAM存储器芯片，而不需要对SDRAM存储器芯片进行任何更改。因此，使用这里提出的技术可以减少SDRAM通常所需的刷新周期时间和能耗。实际上，可以看出，这里提出的最先进的DDR3作为DRAM的先进刷新技术可以产生优化的刷新减少方案，如上所述的技术方案已经高度优化，比内部自动刷新功能高出45％的性能效率。其也可能比非优化的逐行刷新高出10％的能耗效率。所提出的技术可以增强所有使用RGR的现有刷新优化方案，并且其不需要对DRAM或DRAM协议(即DRAM的时序规范)进行任何更改。此外，当DRAM仅部分刷新时，所提出的技术ORGR的性能和能耗改进将更高。因此，新的刷新功能/技术可以与现有的标准SDRAM一起使用，进一步优化计算机系统的吞吐量和能耗效率。因此，不使用而是替换SDRAM内部刷新机制(即自动刷新功能)。执行刷新操作时，通过改进三个DRAM时序参数tRAS(ACT和PRE到同一库之间的时间)、tRRD(两个连续ACT命令之间的时间)、tRP(PRE命令完成的时间)，基本上实现了这些优点。所有优化的参数可以在DRAM的初始化和校准阶段期间导出。然本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于优化的命令序列利用外部多行多库刷新功能刷新DRAM的方法，该方法包括：‑在DRAM的初始化时确定用于外部多行多库刷新功能的操作间时序参数，‑确定用于行级激活(ACT)和预充电(PRE)命令的优化时序参数，‑将优化时序参数应用于行级ACT和PRE命令，以使用外部多行多库刷新功能刷新DRAM。

【技术特征摘要】
2017.09.06 EP 17189685.51.一种基于优化的命令序列利用外部多行多库刷新功能刷新DRAM的方法，该方法包括：-在DRAM的初始化时确定用于外部多行多库刷新功能的操作间时序参数，-确定用于行级激活(ACT)和预充电(PRE)命令的优化时序参数，-将优化时序参数应用于行级ACT和PRE命令，以使用外部多行多库刷新功能刷新DRAM。2.根据权利要求1所述的方法，其中，具有内部多行多库自动刷新功能的DRAM为JEDECSDRAM。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述优化时序参数包括从包含以下项的组中选择的至少一个时序参数：ACT命令和PRE命令之间的时间(tRAS)、两个连续的ACT命令之间的时间(tRRD)、四库激活窗口(tFAW)和PRE命令完成的时间(tRP)。4.根据权利要求3所述的方法，其中，针对操作命令使用未优化的时序参数。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过发出更接近ACT命令的PRE命令逐步减小时序参数tRAS，直到响应于之后发出的RD(读取)命令检测到存在DQS信号。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：-(a)使用第一ACT命令寻址DRAM中存储器单元的第一库中的第一行，-(b)使用时序违反tRAS的PRE命令寻址第一库中的同一第一行，-(c)在第一ACT命令之后的时间tRAS之后，用第二ACT命令寻址DRAM中存储器单元的第一库中的另一行，-(d)通过违反与第二ACT命令相关的tRCD要求的RD(读取)命令寻址DRAM中存储器单元的第一库，-(e)响应于第一库中的读取命令，确定从随着第二ACT命令打开的另一行接收错误数据(DQ)，以及-重复步骤(a)至(e)，从而逐步减小tRAS，直到确定通过读取命令接收到先前写入第一行的数据，而不是写入另一行的数据。7.根据权利要求6所述的方法，其中，将与第二行相比不同的数据写入第一行。8.根据权利要求5-7中任一项所述的方法，其中，通过逐步减小的时序参数t*RAS加上DRAM时钟周期来确定优化时序参数tRASmin。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，逐行执行刷新DRAM。10.一种基于优化的命令序列利用外部多行多库刷新功能刷...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·M·迪帕克，M·容，C·魏斯，N·魏亨，
申请(专利权)人：凯泽斯劳滕工业大学，
类型：发明
国别省市：德国,DE