RESET感知的非易失性内存写干扰缓解机制制造技术

RESET感知的非易失性内存写干扰缓解机制，涉及非易失性内存可靠性领域。该机制由三个部分组成：掩码字动态选择技术、粒度自适应算法、掩码字编码技术。在NVM内存控制器中设计一套编码算法，自适应地选择编码粒度并动态选择编码所需的掩码字，以缓解写干扰问题。自适应编码粒度的选择能够使编码适应不同的数据模式，并避免对无修改的数据的编码，使得编码方案能够在更少的空间占用下达到更好的效果；动态掩码字的选择算法基于RESET数目的数量，进行掩码字的选择，无需对所有掩码字依次编码便可获取RESET操作数目最少所对应的掩码字，减少写干扰错误的同时降低对系统性能和写耐久性的影响。久性的影响。

【技术实现步骤摘要】
RESET感知的非易失性内存写干扰缓解机制


[0001]本专利技术涉及非易失性内存可靠性领域，尤其是涉及存在写干扰错误且具备高可靠性需求非易失性内存设备的RESET感知的非易失性内存写干扰缓解机制。

技术介绍

[0002]内存技术已经逐渐接近其物理极限，这使得传统的DRAM难以满足爆炸式增长的数据量的要求。非易失性存储器(Non
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volatile memory,NVM)提供类似于DRAM的访问性能和类似于磁盘的持久性，并具备高存储密度，为解决主存储器的缩放限制提供新的机会，但NVM仍受到写干扰(Write disturbance,WD)问题的困扰。写干扰问题是指写入时错误地转换了NVM单元的值，从而严重恶化内存的可靠性，并降低访问性能。此外，NVM通过简单地缩小细胞间的距离，不断追求更高的存储密度，这使得写干扰错误成为NVM广泛部署的障碍。因此，为了促进NVM在现代内存中心的实际部署，针对写干扰错误的缓解策略研究是必要的。
[0003]校验与纠正技术(Verify and Correct,VnC)是目前最为广泛使用的写干扰纠错技术，其通过预先读取存储在易受写干扰影响的单元中的原始数据，并在写入完成后再次读取单元中存储的数据与原始数据进行比对，若发生错误则将原始数据写入，直至没有数据单元出现错误。尽管VnC技术能够缓解写干扰所引发的错误，但同时也引入额外的读写开销，进一步扩大了NVM性能与寿命和DRAM的差距。此外，强纠错码(Error correction code,ECC)也被用于应对写干扰所引发错误。然而，ECC技术需要相当大的内存占用，且写干扰错误可能会不断累加，使得ECC即便具有强大的纠错能力也无法纠正所有错误。为了缓解传统技术所面临的困境，缓解写干扰错误带来的可靠性问题，现有的研究成果主要分为三类：(1)通过数据编码以减少可能引发写干扰的数据模式出现的概率，从而概率性地减少写干扰错误单元数目(L.Jiang,Y.Zhang,and J.Yang.Mitigating write disturbance in superdense phase change memories.In DSN,2014；R.Wang,L.Jiang,Y.Zhang,L.Wang,and J.Yang.Exploit imbalanced cell writes to mitigate write disturbance in dense phase change memory.In DAC,2015；M.K.Tavana and D.Kaeli.Cost
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effective write disturbance mitigation techniques for advancing pcm density.In ICCAD,2017；M.Imran,T.Kwon,and J.Yang.Effective write disturbance mitigation encoding scheme for high
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density pcm.In DATE,2020；M.Imran,T.Kwon,N.A.Touba,and J.
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S.Yang.Cent:An efficientarchitecture to eliminate intra
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array write disturbance in pcm.IEEETransactions on Computers,2021)；(2)采取写前预读或推迟校验等方式，掩盖纠正写干扰错误时引入的性能开销，减少对写入的性能影响(S.Swami and K.Mohanram.Adam:Architecture for write disturbance mitigation in scaled phase change memory.In DATE,2018；R.Wang,L.Jiang,Y.Zhang,and J.Yang.Sd
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pcm:Constructing reliable super dense phase change memory under write disturbance.In ASPLOS,2015)；(3)利用页面映射或写私有缓存来避免频繁地写入同一内
存区域，从而避免由于内存温度上升导致写干扰错误发生概率的提高(J.Jang,W.Shin,J.Choi,Y.Kim,and L.
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S.Kim.Sparse
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insertion write cache to mitigate write disturbance errors in phase change memory.IEEE Transactions on Computers,2019；R.Wang,S.Mittal,Y.Zhang,and J.Yang.Decongest:Accelerating super
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dense pcm under write disturbance by hot page remapping.IEEE Computer Architecture Letters,2017)。实验和观察发现，现有的研究成果在设计写干扰缓解机制时，考虑写干扰的产生机制和纠正策略，但大都忽略NVM的写耐久性差的缺点，缺乏对写干扰错误的相关关联特征分析，直接进行数据的编码处理，存在着一些问题：(1)现有的编码技术所选定的数据模式数量的减少并不能让写干扰错误也随之成比例减少；(2)写干扰错误同时存在于字线和位线当中，现有技术对于总的写干扰错误的缓解有一定的局限性；(3)NVM受限的写耐久性也是其尚未取代DRAM的重要原因，现有成果追求更高的可靠性而忽略对写耐久的影响。因此，对NVM写干扰错误进入深入的数据分析，以及如何根据其错误特性和其关联性设计高可靠性高写耐久性的编码方案，仍然是NVM可靠性领域一个具有挑战性且重要的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对写干扰错误和RESET操作的较强关联性，提供利用写干扰错误和RESET操作的较强关联性，通过减少RESET操作数目来减少写干扰错误产生的一种RESET感知的非易失性内存写干扰缓解机制，该编码机制在NVM内存控制器中设计一套编码算法，自适应地选择编码粒度并动态选择编码所需的掩码字，以缓解写干扰问题。自适应编码粒度的选择能够使编码适应不同的数据模式，并避免对无修改的数据的编码，使得编码方案能够在更少的空间占用下达到更好的效果；动态掩码字的选择算法基于RESET数目的数量，进行掩码字的选择，无需对所有掩码字依次编码便可获取RESET操作数目最少所对应的掩码字，减少写干扰错误的同时降低了对系统性能和写耐久性的影响。
[0005]本专利技术包括以下步骤：
[0006]1)基于RESET数目的动态掩码字选择技术，具体步骤有：
[0007](1.1)对于待编码的数据块，暂时性地翻转数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.RESET感知的非易失性内存写干扰缓解机制，其特征在于包括以下步骤：1)基于RESET数目的动态掩码字选择技术：对于待编码的数据块，暂时性地翻转数据；检查数据翻转对于RESET操作数目的影响，使用偏移数组记录每一位对应的RESET操作数目变化量；根据选定的掩码字长度初始化掩码指示数组，按掩码长度循环累加偏移数组数值得到作为掩码指示数组的值；将掩码指示数组中值为负数的维度对应的掩码字设置为1，其他维度设置为0；2)自适应地粒度选择机制：将新的缓存行数据划分为数个数据分片，读取旧数据进行比对，若新数据分片与旧数据分片内容一致，则标记该分片并跳过该数据分片的编码；对需要编码的数据分片，根据提供的标志位数目确定编码粒度的可选项；针对每个可选项，对数据分片进行划分，并使用步骤1)分别计算对RESET数目的影响，并选择RESET数目减少量最多的编码粒度作为该数据分片的编码粒度；3)基于掩码字的干扰缓解编码：记录步骤1)与步骤2)分别确定的掩码字和编码粒度相对应的标志位；根据编码粒度将每个数据分片划分为数个等长的数据块；对每个数据块，使用掩码字循环扩展得到与数据块等长的掩码，将掩码与数据块进行异或，得到编码的数据块；将编码的数据块与无须编码的数据块按原始顺序拼接组合成与原始缓存行数据等长的编码数据；4)基于掩码字的干扰缓解解码：读取内存中存储的数据及其对应的标志位；根据标志位中的修改标志位，确定存在修改的数据分片，由于未修改的数据分片未进行编码，无须对其进行下一步解码；根据修改的数据分片对应的粒度标志位，确定编码的粒度，根据粒度将数据分片进一步划分成数个数据块；根据每个数据块对应的字掩码进行解码操作，将解码后的数据块依次组合成数据分片，并合并不同数据分片得到解码后的原始数据。2.如权利要求1所述RESET感知的非易失性内存写干扰缓解机制，其特征在于在步骤1)中，所述基于RESET数目的动态掩码字选择技术，具体步骤包括：(1.1)在内存控制器中，将待写入的新数据进行暂时的数据翻转编码，即对新数据的每一数据比特进行取反操作；(1.2)读取存储在NVM中的旧数据，根据新数...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈志荣，吴镕龙，舒继武，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：