存儲器上用於可擴展性能的管線架構的製作方法

2023-06-05 02:54:31 1

專利名稱：存儲器上用於可擴展性能的管線架構的製作方法
技術領域：
本發明的實施例涉及計算機系統中的數據存儲；更特別地，本發明的實施例涉及半導體存儲器。
背景技術：
相變存儲器(PCM)是一種使用硫族化合物材料作為存儲器元件的設備。存儲器元件是存儲信息的元件。相變存儲器通過在非晶相和晶相之間改變元件的相位而將信息存儲在存儲器元件上。通常，非晶相與所謂的復位(reset)狀態相關聯，而晶態與所謂的置位(set)狀態相關聯。多級存儲器可具有在置位狀態和復位狀態之間的多個中間狀態。在編程操作中，相變存儲器可通過施加偏壓以及產生的電流而進行轉變以從非晶態轉變成晶態或者從晶態轉變成非晶態。在一些相變存儲器中，雙向閾值開關(OTS)用作選擇設備。PCM和雙向閾值開關的集成的存儲器存儲元件(單元)被稱為PCMS。通常，高的功率量用於寫PCMS。該功率要求將存儲器的陣列帶寬限制為例如10-25M字節/秒。


通過下文給出的詳細說明以及參考本發明的各個實施例的附圖，可以更全面地理解本發明的實施例，但是，所述詳細說明和附圖不應視為將本發明限制為具體的實施例，而是僅為了解釋和理解。圖1為根據本發明的一個實施例的存儲器設備的框圖。圖2示出了根據本發明的一個實施例的電流消耗輪廓。圖3為根據本發明的一個實施例的存儲器寫的波形圖。圖4為寫PCMS存儲器設備的過程的一個實施例。圖5示出了與本發明的一個實施例一起使用的計算機系統。圖6示出了與本發明的一個實施例一起使用的點對點計算機系統。
具體實施例方式提出了 一種用於數據存儲的裝置。在一個實施例中，該裝置包括相變存儲器設備，所述相變存儲器設備包括相變存儲器存儲元件。該裝置進一步包括控制邏輯，用於控制兩條或更多條置位管線以便以交錯的方式服務存儲器請求(例如，讀或寫請求)，使得存儲器請求的置位操作開始於不同時間。在下面的說明中，闡述了多個細節以提供對本發明實施例的更全面的解釋。然而，對於本領域技術人員顯而易見的是，本發明的實施例可在不具有這些具體細節的情況下實施。在其它實例中，公知的結構和設備以框圖形式顯示而不是詳細地顯示，從而避免模糊本發明的實施例。隨後的詳細說明的一些部分以對計算機存儲器內的數據位的操作的算法和符號表示的方式呈現出。這些算法描述和表示是數據處理領域的技術人員用於向本領域其他技術人員最有效地傳達他們的工作實質的手段。算法在此且通常被構思為導向期望結果的步驟的自相容序列。步驟是要求物理量的物理操縱的那些步驟。通常地但非必要地，這些量呈現為能夠被存儲、傳遞、組合、比較和以其它方式操縱的電信號或磁信號的形式。已經證實，主要是為了共同使用的原因，有時將這些信號稱為位、值、元素、符號、字符、項、數字等是方便的。然而，應當牢記的是，所有這些和類似的術語應當與適合的物理量相關聯並且僅為應用於這些量的方便的標記。除非特別指出，否則如從下面的討論中顯知，應理解在整篇說明書中，使用諸如「處理」或「計算」或「運算」或「確定」或「顯示」等術語的討論是指操縱並將表示為計算機系統的寄存器和存儲器內的物理(電子)量的數據變換成類似地表示為計算機系統存儲器或寄存器或其它這樣的信息存儲、傳送或顯示設備內的物理量的其它數據的計算機系統或類似電子計算設備的動作和處理。本發明的實施例還涉及用於執行本文所述的操作的裝置。一些裝置可專門構造以用於所需目的，或者其可以包括由存儲在計算機中的電腦程式選擇性地激活或重構的通用型計算機。這種電腦程式可存儲在計算機可讀存儲介質中，諸如但不限於包括軟盤、光碟、CD-ROM、DVD-ROM和磁光碟、只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、EPROM、EEPROM、NVRAM、磁或光卡的任何類型的盤、或適於存儲電子指令的任何類型的介質，並且每種計算機可讀存儲介質均與計算機系統總線耦合。本文所描述的方法和裝置是用於控制用於數據存儲的存儲器設備。具體地，控制存儲器設備的方法和裝置主要是參照多核處理器計算機系統來討論的。然而，控制存儲器設備的方法和裝置並不限於此，因為它們可在任意集成電路設備或系統上或者與任意集成電路設備或系統結合實施以及與其它源結合實施，所述任意集成電路設備或系統例如為手機、個人數字助理、嵌入式控制器、移動平臺、桌面平臺和伺服器平臺。MM提出一種用於數據存儲的裝置。在一個實施例中，該裝置包括相變存儲器設備，所述相變存儲器設備包括相變存儲器存儲元件。該裝置進一步包括控制邏輯，用於控制兩條或更多條置位管線以便以交錯的方式服務存儲器請求，使得存儲器請求的置位操作開始於不同時間。在一個實施例中，裝置能夠作為非易失性存儲器設備、易失性存儲器設備(例如，類似於DRAM或SRAM)或兩者而操作。圖1是根據本發明的一個實施例的存儲器設備的框圖。諸如總線和外圍設備等許多相關部件並未示出以避免使本發明模糊。參照圖1，存儲器設備101包括控制邏輯121和存儲器元件130。在一個實施例中，控制邏輯121進一步包括控制一條或多條復位管線的復位管線邏輯122。在一個實施例中，控制邏輯121進一步包括控制一條或多條置位管線的置位管線邏輯123。在一個實施例中，存儲器設備101經由數據/控制110來接收存儲器請求。在一個實施例中，存儲器設備101為PCMS存儲器設備。在一個實施例中，存儲器元件130包括存儲元件，例如PCMS存儲元件、PCM存儲元件、雙向統一存儲器(OUM)元件、堆棧式PCM存儲元件、具有類似於PCMS存儲元件的電流輪廓(prof iIe)的存儲元件或其任意組合。在一個實施例中，PCMS存儲元件包括串聯耦合的雙向閾值開關和硫族化合物存儲器元件。在一個實施例中，復位管線邏輯122管理並控制兩條復位管線。置位管線邏輯123管理並控制十組置位管線，其中每組均包括四條置位管線。本領域技術人員將理解的是，這些配置(例如，管線的數量)可按比例放大或縮小而保持近似相同的功能。在一個實施例中，存儲器設備101包括發生在高電壓電平和低電壓電平之間振蕩的脈衝信號的脈衝信號發生模塊或脈衝發生單兀(未不出)。在一個實施例中，通過改變工作電流而使PCM存儲元件晶化。本領域技術人員將理解的是，存在用於發生脈衝信號以便置位或復位PCM存儲元件的不同的電流輪廓。在一個實施例中，存儲器設備101包括模擬/數字邏輯，例如脈衝信號發生邏輯、位選擇開關、執行寫操作的充電/放電電路。在一個實施例中，前述單元顯示為離散的部件。其它的實施例是可能的，其中這些單元中的一些或全部集成在設備內或其它部件內。在其它實施例中，上述單元以硬體、軟體或其組合遍及系統分布。下文將另外參照其餘的附圖來更加詳細地說明控制邏輯121、復位管線邏輯122、置位管線邏輯123的操作。圖2示出了根據本發明的一個實施例的電流消耗輪廓圖。在包括選擇和實際寫的寫操作期間，PCMS陣列消耗非恆定的電流。在一個實施例中，選擇比實際寫消耗多例如100倍的功率。然而，選擇使用不到總時間的5%。參照圖2，在一個實施例中，PCMS存儲元件在選擇和實際寫之間消耗非恆定的電流。在選擇期間，在短時間段內高電流(210)超過200uA。在實際寫期間，在較長的時間段內低電流(220)為大約50uA。在一個實施例中，交錯存儲元件的選擇分散了高電流的消耗，從而能夠在訪問多個存儲元件時減少總地峰值功率。在一個實施例中，存儲器控制器(例如，關於圖1的控制邏輯121)交錯選擇相位並且使用多條用於實際寫的管線(其花費更長的時間來執行)來實現更佳的功率-帶寬方案。PCMS 操作圖3是根據本發明的一個實施例的存儲器寫的波形圖。參照圖3，在一個實施例中，存儲器設備包括信號(例如DQin301)、復位管線311-312、置位管線321-324、置位管線331-334以及其它置位管線。在一個實施例中，例如，存儲器設備包括兩條復位管線和四十條置位管線。置位管線被分組為每組四條(例如，置位管線321-324)。在一個實施例中，對PCMS存儲元件編程包括針對PCMS存儲元件的復位操作以及隨後的置位操作。置位(寫)操作進一步包括選擇和實際寫。在一個實施例中，存儲器設備包括結合交錯方案執行存儲器寫的存儲器控制器(例如，關於圖1的控制邏輯121)。該架構能夠在最優功率下擴展至期望性能。在一個實施例中，存儲器設備從DQin301接收輸入數據(例如，以ΙΟΟΜΤ/s的速率)。存儲器設備能操作以對於復位操作以4個字節為一批來批量地取得，且隨後對於置位操作以40個字節為一批來批量地處理。來自DQin301的第一 4個字節由「x」表示，而後續4個字節由「ο」表示(參見圖3)。在一個實施例中，復位操作使用兩個復位周期。例如，用於來自DQin301的第一四字節數據的復位操作開始於復位管線311。用於來自DQin301的第二四字節數據的復位操作在復位管線311處的第一四字節數據的開始時間之後的40ns時開始於復位管線312。在一個實施例中，在第二四字節數據開始於復位管線312之後大約40ns時，用於第三四字節數據的復位操作開始於復位管線311。在一個實施例中，在前一四字節數據之後40ns時開始用於後續四字節數據的復位操作(以交錯方式)。在一個實施例中，兩個連續復位操作的開始時間之間的差在本文稱為復位交錯周期(持續時間)。在一個實施例中，復位交錯周期為40ns。在一個實施例中，置位操作使用置位管線的大約410ns。例如，來自DQin301的第一四字節數據開始於復位管線311，隨後在自復位操作開始時間起80ns (兩個復位周期)之後進行到置位操作(在置位管線321處)。以交錯方式處理四字節數據(當執行置位操作時)以減少或防止兩個後續選擇之間的重疊。在一個實施例中，使用四條置位管線(例如，置位管線312-324)。每條置位管線交錯相隔10ns。在一個實施例中，兩個(連續)置位操作的開始時間之間的差在本文稱為置位交錯周期。在一個實施例中，置位交錯周期為大約10ns。在一個實施例中，結合置位管線331-334處理第二四字節數據(來自復位管線312)。通過類似方式，每條管線交錯相隔達至少一置位交錯周期(例如，10ns)。在一個實施例中，例如，來自DQin301的第40個字節在置位管線340 (第40條置位管線)中進行並且其對應的置位持續時間結束於自第一四字節數據到達復位管線311的時間起880ns時。本領域技術人員將理解的是，置位交錯周期的持續時間和復位交錯周期的持續時間對於不同的管線可增加或減小。在一個實施例中，與輪廓圖、作業系統、用戶配置設定、採樣結果或其組合相結合來確定值。在一個實施例中，例如，所有復位操作的95%在第一復位周期(例如，周期350)內完成，該第一復位周期為40ns。周期350包括兩個脈衝。其餘5%的復位操作在第二復位周期(例如，周期351)內完成，該第二復位周期包括兩個附加脈衝。在一個實施例中，執行用於寫完成的交錯重脈衝(re-pulse)。在當前數據上處理多個復位脈衝，同時在之前的數據上正在處理置位脈衝。利用2-6個附加脈衝(具有較小延時影響的5%的附加功率)，復位操作的完成從標定的95%增加到100% (通常通過2個脈衝來實現)。在一個實施例中，通過在執行復位操作和置位操作中擴展並行性，更高的吞吐量變得可能(例如，為200MT/s/pin或400MT/s/pin)。例如，表I示出了在一個實施例中的配置的示例。
權利要求
1.一種裝置，包括: 相變存儲器設備，其包括多個相變存儲器存儲元件；以及 控制邏輯，用於控制兩條或更多條置位管線以交錯方式服務存儲器訪問，使得所述存儲器訪問的置位操作開始於不同時間。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述存儲器訪問為寫操作，其中所述置位操作的開始時間彼此交錯相隔至少達一置位交錯周期。
3.如權利要求1所述的裝置，其中相變存儲器存儲元件包括串聯耦合的雙向閾值開關和硫族化合物存儲器元件。
4.如權利要求1所述的裝置，其中所述控制邏輯包括: 復位管線邏輯，用於控制一條或多條復位管線；以及 置位管線邏輯，用於控制所述兩條或更多條置位管線以當執行所述置位操作時減小峰值功率。
5.如權利要求4所述的裝置，其中所述復位管線邏輯能操作以執行第一復位操作和第二復位操作，其中所述第二復位操作在所述第一復位操作已開始達至少一復位交錯周期之後開始。
6.如權利要求5所述的裝置，其中所述第一復位操作在兩個復位周期內完成，所述兩個復位周期包括執行用於寫完成的重脈衝的第二復位周期。
7.如權利要求4所述 的裝置，其中所述復位管線邏輯能操作以執行第一復位操作和第二復位操作，其中所述第一復位操作開始於第一復位周期開始時，並且所述第二復位操作開始於繼所述第一復位周期後的第二復位周期開始時，其中第一復位周期的長度小於或等於 40ns ο
8.如權利要求4所述的裝置，其中所述置位管線邏輯能操作以執行第一置位操作和第二置位操作，其中所述第一置位操作和所述第二置位操作的開始時間之差為置位交錯周期的長度。
9.如權利要求8所述的裝置，其中置位管線的數量為40，所述第一置位操作在大約410ns的置位周期內執行，並且所述置位交錯周期等於或小於10ns。
10.如權利要求8所述的裝置，其中置位管線的數量至少部分地基於所述置位交錯周期和完成置位操作的時間。
11.如權利要求8所述的裝置，其中所述置位交錯周期的長度至少部分地基於相變存儲器存儲元件的功率輪廓或者相變存儲器存儲元件的非恆定電流消耗輪廓。
12.如權利要求4所述的裝置，其中，所述置位管線邏輯能操作以安排所述置位操作的開始時間，以便當執行所述置位操作時減少選擇相位之間的重疊。
13.如權利要求4所述的裝置，其中所述控制邏輯能操作以至少部分基於置位周期、復位周期和置位交錯周期來確定哪些置位管線以及哪些復位管線是活躍的。
14.一種方法，包括: 接收對相變存儲器設備的寫請求；以及 以交錯方式服務存儲器寫，使得置位操作開始於不同時間，其中所述置位操作的開始時間彼此交錯相隔達至少一置位交錯周期。
15.如權利要求14所述的方法，還包括:執行第一復位操作和第二復位操作；以及 控制所述第二復位操作以在繼所述第一復位操作的開始時間後的復位交錯周期之後開始。
16.如權利要求14所述的方法，還包括執行第一復位操作和第二復位操作，其中所述第一復位操作開始於第一復位周期開始時，並且所述第二復位操作開始於繼所述第一復位周期後的第二復位周期開始時。
17.如權利要求14所述的方法，還包括: 至少執行第一置位操作和第二置位操作；以及 控制所述第二置位操作以在繼所述第一置位操作的開始時間後的所述置位交錯周期之後開始。
18.如權利要求14所述的方法，還包括:對何時開始每個所述置位操作進行調度以便當執行所述置位操作時減少選擇相位之間的重疊。
19.一種系統,包括: 處理核心； 相變存儲器設備；以及 控制邏輯，其與所述相變存儲器設備耦合，以控制兩條或更多條置位管線以便以交錯方式服務存儲器訪問，使得所述存儲器訪問的置位操作開始於不同時間。
20.如權利要求19所述的系統，其中所述控制邏輯包括能操作以執行第一復位操作和第二復位操作的復位管線邏輯，其中所述第二復位操作在所述第一復位操作已經開始達至少一復位交錯周期之後開始。
21.如權利要求19所述的系統，其中所述控制邏輯包括能操作以至少執行第一置位操作和第二置位操作的置位管線邏輯， 其中所述第一置位操作和所述第二置位操作的開始時間之差至少為置位交錯周期的長度。
全文摘要
提供了一種用於數據存儲的裝置。在一個實施例中，所述裝置包括相變存儲器設備，所述相變存儲器設備包括相變存儲器存儲元件。所述裝置還包括控制邏輯，用於控制兩條或更多條置位管線以便以交錯方式服務存儲器請求，使得存儲器請求的置位操作開始於不同時間。
文檔編號G11C13/02GK103210449SQ201180054749
公開日2013年7月17日 申請日期2011年11月7日 優先權日2010年11月15日
發明者R·孫達拉姆, D·考, D·J·齊默爾曼 申請人:英特爾公司