存儲器件、刷新方法以及包括其的系統與流程

2023-10-22 11:15:11

本申請要求2015年11月30日向韓國知識產權局提交的申請號為10-2015-0169382的韓國申請的優先權，其通過引用整體合併於本文。

技術領域

各種實施例總體而言涉及一種存儲器件、刷新方法和包括其的系統。更具體地，各種實施例可以涉及一種能夠降低存儲器件的刷新電流的技術。

背景技術：

近來，在包括智慧型手機等的移動電子產品中，存在對具有大容量的DRAM的需求。通常，在諸如DRAM的半導體存儲器件中，存儲在存儲單元中的數據可能被洩漏電流改變。因此，為了周期性地對存儲在存儲單元中的數據進行再充電，需要刷新操作。

即，諸如DRAM的動態半導體存儲器中的存儲單元將數據存儲在電容性元件上。由於來自電容性元件的電荷洩漏，所以應當周期性地刷新存儲單元。刷新過程典型地包括執行讀取操作的步驟，以照原樣地讀取存儲在存儲單元中的電荷的電平。

具體地，諸如DDR SDRAM(雙數據速率同步DRAM)的半導體存儲器件包括用於存儲數據的多個存儲體，其中，多個存儲體中的每個包括數千萬個存儲單元或者更多個存儲單元。每個存儲單元包括單元電容器和單元電晶體，並且半導體存儲器件通過將電荷充電至單元電容器或者將電荷從單元電容器放電的操作來存儲數據。

存儲在單元電容器中的電荷量應當始終是恆定的，理想地，不存在單獨的控制。然而，實際上，由於外圍電路的電壓差，所以存儲在單元電容器中的電荷量會變化。

即，在單元電容器被充電的狀態下，電荷可能被放電，或者在單元電容器被放電的狀態下，電荷可能被引入。如上所述，單元電容器的電荷量中的電荷表示存儲在單元電容器中的數據的電荷，其表示存儲數據的損耗。為了大體上防止這種數據損耗，半導體存儲器件執行刷新操作。

隨著時間的推移，已經開發了不同類型的刷新方法。在正常的自動刷新方法中，刷新定時器存在於存儲晶片的外部，並且存儲晶片響應於由控制器供應的周期性刷新命令而執行刷新操作。

在自刷新方法中，刷新定時器存在於存儲晶片的內部，並且全部的存儲晶片需要來自控制器的刷新開始命令。

技術實現要素：

各種實施例可以針對一種存儲器件、刷新方法以及包括其的系統，並且涉及通過僅對使用程序的區域執行刷新來降低刷新電流。

在一個實施例中，可以提供一種存儲器件。所述存儲器件可以包括激活控制部，被配置為當激活信號被激活時，響應於刷新信號來輸出行激活信號。所述存儲器件可以包括刷新管理部，被配置為響應於刷新命令信號和刷新跳過信號來控制刷新信號以跳過對未用行地址的刷新操作，以及輸出用於控制刷新操作的激活行地址。所述存儲器件可以包括存儲部，被配置為響應於行激活信號和激活行地址來僅對單元陣列中與已用行地址相對應的區域執行刷新操作。

在一個實施例中，可以提供一種存儲器件的刷新方法。存儲器件的刷新方法可以包括如下的步驟：將在存儲器管理單元的表中的虛擬地址映射至物理地址，加載物理地址的特定位，以及設定用於屏蔽存儲器件的刷新操作的信號。存儲器件的刷新方法可以包括：在存儲器件的模式寄存器組中設定用於屏蔽存儲器件的刷新操作的信號的步驟。存儲器件的刷新方法可以包括：當進入刷新管理模式時，響應於在模式寄存器組中設定的行控制信號和刷新信號來僅對已用存儲區執行刷新的步驟。存儲器件的刷新方法可以包括解除刷新管理模式的步驟。

在一個實施例中，可以提供一種系統。所述系統可以包括中央處理單元，被配置為接收程序命令以及運行相應的程序。所述系統可以包括存儲器管理單元，被配置為響應於從中央處理單元施加的命令信號來將虛擬地址映射至物理地址，以及從物理地址中提取用於僅對程序被運行的區域執行刷新操作的行地址信息。所述系統可以包括存儲器控制器，被配置為響應於從存儲器管理單元施加的行地址信息來輸出命令信號和地址。所述系統可以包括存儲器件，被配置為響應於從存儲器控制器施加的命令信號和地址來執行刷新操作，以及響應於在存儲器管理單元中設定的行地址信息來僅對已用存儲區執行刷新操作。

根據一個實施例，通過僅對使用程序的區域執行刷新可以降低刷新電流。

附圖說明

圖1是圖示根據一個實施例的包括存儲器件的系統的示例表示的配置圖。

圖2是圖示圖1中的存儲器件的示例表示的配置圖。

圖3是用於解釋根據圖2的實施例的存儲器件的刷新方法的示例的流程圖表示。

圖4和圖5是表示用於解釋根據圖2的實施例的存儲器件的操作的示例的示圖。

具體實施方式

在下文中，將通過實施例的各種示例，參考附圖來描述一種存儲器件、刷新方法和包括存儲器件的系統。

圖1是圖示根據一個實施例的包括存儲器件的系統的示例表示的配置圖。

根據一個實施例的系統可以包括：CPU(中央處理單元)10、MMU(存儲器管理單元)20、存儲器控制器30以及存儲器件100。

CPU 10接收來自用戶的編程命令，並且執行編程命令。這種CPU 10可以包括：控制單元、運算單元和存儲單元等等。

MMU 20可以執行實際存儲器與虛擬存儲器之間的地址轉換。即，在包括OS(作業系統)的系統中，需要執行用於在存儲器件100中動態地產生程序或將程序從存儲器件100中擦除的操作。

MMU 20處理虛擬存儲區和物理存儲區的地址。這種MMU 20將從CPU 10施加的物理地址和命令信號進行轉換，並且將轉換結果輸出至存儲器控制器30。

MMU 20是執行大體上管理存儲資源的功能的程序，並且OS通過該程序來大體上管理基於程序的存儲區。

例如，MMU 20包括：程序ID欄位、虛擬地址欄位和物理地址欄位。此外，MMU 20大體上通過運行用於將虛擬地址映射至物理地址的表來管理存儲器件100。

圖1中的表表示了存儲在MMU 20中的存儲器分配的一個示例。

例如，該表表示了當程序ID被設定為0至5時，程序0至程序5的狀態被激活的狀態。與程序ID相對應的虛擬地址可以被設定為8000、A000、5021、8000、BCDD和8000。

該表表示了相應的程序ID將與虛擬地址相對應的存儲區映射至物理地址的方法。MMU 20將這種虛擬地址轉換至物理地址5AF000、3BF000、2CF000、1DF000、7EF000和6FF000。

使用這種物理地址來產生存儲器件100的地址。物理地址的特定區域的位被匹配成存儲器件100的行地址。

即，MMU 20將物理地址中的區域A的位信息設定為存儲器件100的行刷新信息，並且將該行刷新信息輸出至存儲器控制器30。存儲器件100可以對應於從存儲器控制器30施加的行地址信息而跳過刷新操作。

系統在通過MMU 20產生程序時動態地分配存儲區，以及在程序不存在時解除存儲區的分配。因此，MMU 20大體上管理對應的存儲區，使得在運行其它程序時可以分配這些存儲區。通過這種方法，系統可以大體上更有效地管理有限的物理存儲區。

存儲器控制器30對應於從MMU 20施加的物理地址和控制信號來輸出用於控制存儲器件100的操作的命令信號CMD和地址ADD。

例如，存儲器件100對應於從存儲器控制器30施加的命令信號CMD和地址ADD來執行激活操作、預充電操作、刷新操作、讀取操作和寫入操作等等。這種存儲器件100可以包括隨後將要描述的存儲器件100中的刷新管理部120。

隨著計算系統的存儲容量增加，用於操作存儲器的電流也增加。具體地，由於DRAM根據其特性來使用與存儲容量成比例的刷新電流，所以存儲器的刷新電流的問題在未來大容量的存儲計算系統中可能成為最大的問題。

存儲系統基本上刷新全部的存儲單元陣列。在本文中，該系統刷新全部的單元，而與相應區域是否被使用無關。因此，減少對實際上未用區域的刷新是一種降低電流同時大體上保持系統的可靠性的方法。

在存儲系統中，OS(作業系統)MMU 20大體上保持關於存儲單元的物理地址是否被實際使用的信息。OS具有用於操作其中的MMU 20的程序。該程序操作以使得有限的物理存儲區可以由若干個程序來使用。因此，可以通過OS程序而實際得知被使用的物理地址區或被丟棄的物理地址區。

在一個實施例中，通過物理地址來確定系統中不使用程序的區域和使用程序的區域。存儲器件100的命令解碼器通過存儲器控制器30從MMU 20接收關於不使用程序的行地址的信息以及使用程序的行地址的信息。

此外，在一個實施例中，對存儲器件100不使用程序的區域的刷新被控制為跳過，使得可以降低存儲器件100的刷新電流。

圖2是圖示圖1中的存儲器件的示例表示的配置圖。

根據一個實施例的存儲器件100可以包括：命令解碼器110、刷新管理部120、預充電控制部130、激活控制部140以及存儲部150。

刷新管理部120可以包括：控制部分121、MRS(模式寄存器組)122、計數器123、組合部分124、刷新控制部分125和選擇部分126。存儲部150包括：單元陣列151、行解碼器152以及列解碼器153。

命令解碼器110對從預充電控制部130施加的命令信號CMD解碼，並且輸出激活信號PACT、刷新命令信號PREF和刷新跳過信號REF_SKIP。

命令解碼器110將激活信號PACT輸出至激活控制部140，將刷新命令信號PREF輸出至刷新控制部分125，以及將刷新跳過信號REF_SKIP輸出至MRS 122。在刷新跳過信號REF_SKIP被激活的狀態下，不執行刷新操作。

刷新管理部120對應於刷新命令信號PREF、激活信號PACT、地址ADD以及刷新跳過信號REF_SKIP來輸出用於控制對預充電控制部130和激活控制部140的刷新操作的刷新信號REF，並且將激活行地址ATROW(例如，激活行地址ATROW[0:15])輸出至存儲部150。

例如，在刷新命令信號PREF和刷新跳過信號REF_SKIP的激活時刻，刷新管理部120去激活及輸出刷新信號REF。在刷新跳過信號REF_SKIP的去激活時刻，刷新管理部120對應於刷新命令信號PREF來控制刷新信號REF。

控制部分121接收激活信號PACT和地址ADD，並且將釋放信號FREE輸出至MRS 122。地址ADD例如可以被設定為鎖存地址TLA[15]。鎖存地址TLA[15]可以是在從存儲器控制器30緩衝之後被鎖存的地址中的特定地址。在正常操作中，當激活信號PACT被激活時，控制部分121對應於鎖存地址TLA[15]來激活釋放信號FREE。

MRS 122接收刷新跳過信號REF_SKIP和釋放信號FREE，並且將行控制信號RA15_CTRL和RA15B_CTRL輸出至組合部分124。行控制信號RA15B_CTRL為行控制信號RA15_CTRL的反相信號。在釋放信號FREE的激活時刻，MRS 122重置行控制信號RA15_CTRL和RA15B_CTRL。

計數器123對刷新信號iREF計數，將行地址RA[15]輸出至組合部分124，並且將行地址RA[0:15]輸出至選擇部分126。

組合部分124將行地址RA[15]與行控制信號RA15_CTRL和RA15B_CTRL彼此組合，並且將刷新使能信號EN_REF輸出至刷新控制部分125。這種組合部分124包括多個反相器IV1和IV2以及多個邏輯門(例如，與非門ND1至ND3)。

例如，與非門ND1對行地址RA[15]與行控制信號RA15_CTRL執行與非運算。與非門ND2對通過反相器IV1反相的行地址RA[15]與行控制信號RA15B_CTRL執行與非運算。與非門ND3將與非門ND1的輸出與與非門ND2的輸出反相，並且將反相結果輸出至反相器IV2。反相器IV2將與非門ND3的輸出反相，並且輸出刷新使能信號EN_REF。

例如，當行地址RA[15]處於高電平，並且行控制信號RA15_CTRL處於高電平時，刷新使能信號EN_REF進入低電平，使得不執行刷新操作。然而，當行地址RA[15]處於低電平，並且行控制信號RA15B_CTRL處於高電平時，刷新使能信號EN_REF進入高電平，使得執行刷新操作。

刷新控制部分125對應於刷新命令信號PREF和刷新使能信號EN_REF來將刷新信號REF輸出至預充電控制部130、激活控制部140和選擇部分126，並且將刷新信號iREF輸出至計數器123。

選擇部分126對應於刷新信號REF來選擇行地址RA[0:15]和地址ADD中的任意一個。例如，地址ADD可以被設定為鎖存地址TLA[0:15]。鎖存地址TLA[0:15]可以是在從存儲器控制器30緩衝之後被鎖存的地址。

選擇部分126將激活行地址ATROW輸出至行解碼器152。例如，當刷新信號REF處於高電平時，選擇部分126對應於行地址RA[0:15]來輸出激活行地址ATROW。例如，當刷新信號REF處於低電平時，選擇部分126對應於鎖存地址TLA[0:15](其是外部地址)來輸出激活行地址ATROW。

預充電控制部130對應於刷新信號REF來將預充電信號PRE_REF輸出至激活控制部140。在刷新信號REF被激活之後，當延遲了預定時間時，預充電控制部130激活用於預充電激活控制部140的預充電信號PRE_REF。當預充電信號PRE_REF被激活時，存儲部150的禁止區可以被使能。

例如，在存儲部150中，為了訪問其它的行區域，預充電信號PRE_REF可以被控制為復位並且被再次激活。在這種情況下，關於對應行線是使能行線還是禁止行線的信息可以通過從存儲器控制器30施加的地址ADD(例如，鎖存地址TLA[0:15])來得知。

激活控制部140對應於預充電信號PRE_REF、激活信號PACT和刷新信號REF來 將行激活信號RACT輸出至行解碼器152。

在存儲部150的單元陣列151中，對應於行解碼器152和列解碼器153的解碼信號而在選中單元中執行數據的讀取操作、寫入操作、預充電操作或者刷新操作。行解碼器152對應於激活行地址ATROW和行激活信號RACT來選擇單元陣列151的行線。列解碼器153對應於列地址來選擇單元陣列151的列線。參見圖2，位線BL從列解碼器153延伸至單元陣列151，而字線WL從行解碼器152延伸至單元陣列151。

圖3是用於解釋根據圖2的實施例的存儲器件的刷新方法的示例的流程圖表示。

進入MRP(管理式刷新處理)模式(步驟S1)，並且基本設定值Result被設定為「FFFF..」(FFFF為十六進位的位值)(步驟S2)。物理地址被加載為來自MMU 20的Py值(步驟S3)。例如，提取物理地址的區域A的行地址。

然後，「存儲器的行地址區屏蔽」被設定為屏蔽(MASK)值，並且Py值被設定為Py&MASK值(&表示與運算)(步驟S4)。例如，讀取全部的行地址，並且根據尺寸來分配與區域A相對應的行地址。在存儲器件100中，通過參照MASK值來屏蔽和忽略刷新操作的方法，刷新操作可以被控制為不執行。基本設定值Result被設定為Result&Py的值(步驟S5)。

然後，確定MMU 20的操作程序是否結束(步驟S6)。當操作程序未結束時，MMU 20的程序ID值逐步地增加，並且順序地加載物理地址Py值(步驟S7)。

當操作程序結束時，確定全部的基本設定值Result是否都為「0」(步驟S8)。當全部的基本設定值Result都不為「0」時，MRS 122被設定為使得對與「1」相對應的行地址在基本設定值Result中為「0」的區域不執行刷新。

然而，當全部的基本設定值Result都為「0」時，設定值Result被設定為「0000..」(0000為十六進位的位值)(步驟S10)。然後，物理地址被加載為來自MMU 20的Py值(步驟S11)。即，提取出物理地址的區域A的行地址。

然後，「存儲器的行地址區屏蔽」被設定為屏蔽(MASK)值，並且Py值被設定為Py&MASK值(&表示與運算)(步驟S12)。基本設定值Result被設定為Result|Py值(|表示或運算)(步驟S13)。

然後，確定MMU 20的操作程序是否結束(步驟S14)。當操作程序未結束時，MMU 20的程序ID值逐步地增加，並且順序地加載物理地址Py值(步驟S15)。

當操作程序結束時，確定全部的基本設定值Result是否都為「1」(步驟S16)。當全部的基本設定值Result都不為「1」時，MRS 122被設定為使得對與「0」相對應的行地址在基本設定值Result中為「1」的區域不執行刷新(步驟S17)。

在一個實施例中，以上所述的刷新控制操作的算法可以通過CPU 10來運行。然而，實施例不限制於此，並且這種算法還可以通過MMU 20或者存儲器控制器30來運行。

根據一個實施例的存儲器件的刷新方法可以主要分為四個步驟：MRP(管理式刷新程序)步驟、MRS(模式寄存器組)設定步驟、MR(管理式刷新，刷新管理模式)步驟以及釋放FREE步驟。

在MRP步驟中，MMU 20的OS操作為大體上保持刷新程序。在MRS設定步驟中，存儲器控制器30設定存儲器件100的MRS 122。在MR步驟中，存儲器件100對應於MRS 122的設定模式來執行刷新減少操作。在刷新步驟中，避開MR步驟。

以下將描述每個步驟的操作。

MRP步驟可以通過OS MMU 20來開始。當在通過系統監控的存儲器分配情況下存在相對的裕度時，OS可以執行MRP步驟。

這類似於存儲器管理操作(諸如，垃圾收集)，並且可以在分配的閒暇時間執行以改善系統性能。這是因為當被分配至存儲器的程序小時，基本刷新減少是可能的。因此，OS可以使用MRP模式作為節電的理念。

當MMU 20滿足特定條件時，進入MRP模式，並且執行MRP操作，其為MR(管理式刷新)的先前步驟。在MRP步驟中，如例如圖1中所示，使用了MMU 20的表。

在MMU 20的表中，可以使用在針對每個程序ID所設定的物理地址Py之中、與存儲器件100的行地址相對應的區域A。

例如，如圖4中所示，可以假設映射至MMU 20的表的物理地址為5AF000、3BF000、2CF000、1DF000、7EF000和6FF000。

可以假設，物理地址的上面的4位(1-六)為存儲器件100的行地址。從物理地址中提取區域A的行地址，並且對全部的值執行或運算。

表1

即，如以上表1中所示，當執行5|3|2|1|7|6的或運算(|表示或運算)時，運算結果為7。

7＝4』b0111，並且其表示MMU 20基本上僅管理在4位行地址RA[3]、RA[2]、RA[1]和RA[0]中最高有效1位為「0」的區域。即，由於4位行地址不超過8，所以其表示在存儲器件100的單元陣列151中不需要刷新8或更大的行地址。

在另一個示例中，如圖5中所示，假設映射至MMU 20的表的物理地址為2AF000、3BF000、6CF000、ADF000、BEF000和FFF000。此外，從物理地址中提取區域A的行地址，並且對全部的值執行與運算。

表2

即，如以上表2中所示，當執行2&3&6&10&11&14&15的與運算(&表示與運算)時，運算結果為2。

2＝4』b0010，並且其表示僅在4位行地址RA[3]、RA[2]、RA[1]和RA[0]的最低有效位中，第二位為1(行地址RA[1]＝1)的區域被使用。在這種情況下，在存儲器件100的單元陣列151中，在行地址中具有較低的第二位「0」的行地址不需要被刷新。

在MRS步驟中，OS查找不需要被刷新的行地址的空位，並且基於該空位而通過存儲器控制器30來設定存儲器件100。

然後，存儲器控制器30將命令信號CMD施加至命令解碼器110，並且當刷新跳過信號REF_SKIP被施加至MRS 122時，進入MR步驟。此時，鎖存地址TLA[15]作為地址ADD可以被施加至控制部分121。

為了執行MR模式，可能需要根據行地址RA處於邏輯高電平還是處於邏輯低電平來選擇性地執行刷新的電路。

為此，當行地址RA[15]處於邏輯高電平時，刷新管理部120跳過刷新。為此，MRS 122將行控制信號RA15_CTRL輸出為高電平。當行地址RA[15]進入邏輯高電平時，刷新使能信號EN_REF進入邏輯低電平。

當行地址RA[15]處於邏輯低電平時，刷新管理部120跳過刷新。為此，MRS 122將行控制信號RA15B_CTRL輸出為高電平。當行地址RA[15]進入邏輯低電平時，刷新使能信號EN_REF進入邏輯低電平。

然後，刷新控制部分125將刷新信號REF輸出為邏輯低電平。因此，激活控制部140將行激活信號RACT輸出為邏輯低電平，使得存儲部150不執行刷新。

當行激活信號RACT處於低電平時，其表示了存儲器件100的相應存儲區處於禁止狀態。然後，行解碼器152被去激活，使得對相應的區域不執行刷新操作。

通過MMU 20和存儲器控制器30來將程序分配至存儲器件100。因此，存儲器件100不知道存儲部150的數據區被使能(程序分配)還是被禁止(程序分配解除)。在這種情況下，由於在存儲部150中解除了程序分配的存儲區是沒有意義的，所以不需要刷新。

因此，在一個實施例中，可以對應於MMU 20的物理地址而僅對在存儲器件100的數據區上被使能的區域執行刷新。因此，在一個實施例中，可以降低由於不必要的刷新操作導致的刷新電流的損耗。

在釋放FREE步驟中，解除刷新跳過模式。當有必要解除刷新被阻止的區域時，系統可以使用該區域。

在激活操作中，當激活信號PACT被激活，並且相應的地址ADD被輸入時，控制部分121將釋放信號FREE激活至高電平。然後，MRS 122將全部的行控制信號RA15_CTRL和RA15B_CTRL去激活。

例如，當行控制信號RA15_CTRL進入低電平，並且行地址RA[15]進入高電平時，刷新使能信號EN_REF進入邏輯高電平。因此，存儲部150解除刷新跳過區被設定的模式。

當刷新跳過區被解除時，激活控制部140將行激活信號RACT輸出為高電平。當行激活信號RACT進入高電平時，其表示存儲部150的相應區域處於使能狀態。然後，行解碼器152被激活，使得對相應的區域執行刷新操作。

在一個實施例中，描述了刷新控制部分125設置在存儲器件100中的示例。然而，實施例不限制於此，以及刷新控制部分125還可以被包括在MMU 20或者存儲器控制器30中，或者還可以單獨地位於MMU 20、存儲器控制器30和存儲器件100的外部。

儘管以上已經描述了各種實施例，但是對於本領域的技術人員將理解的是，所述的實施例僅作為示例。因此，本文中所述的存儲器件、刷新方法以及包括其的系統不應當基於所述的實施例而受到限制。

附圖中每個元件的附圖標記

10：CPU(中央處理單元)

20：MMU(存儲器管理單元)

30：存儲器控制器

100：存儲器件