[發明專利]作為傳統大容量存儲設備的替代的非易失性隨機存取存儲器（NVRAM）

有效

• 申請號: 201180075251.0
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN103946816B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: L.K.普蒂耶達思;B.芬寧;T.奧普費爾曼;J.B.克羅斯蘭德
• 申請（專利權）人: 英特爾公司
• 主分類號: G06F12/00
• 分類號: G06F12/00;G06F13/14;G06F13/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐予紅;湯春龍

在計算機系統中使用非易失性隨機存取存儲器（NVRAM）以便在平臺存儲層級中執行多個作用，具體來說，用于替代可通過I/O存取的傳統大容量存儲設備。該計算機系統包括用于執行軟件的處理器和耦合到處理器的存儲器。存儲器的至少一部分包括通過處理器可字節重寫和可字節擦除的非易失性隨機存取存儲器（NVRAM）。該系統還包括耦合到NVRAM的存儲器控制器以響應來自軟件的存取大容量存儲設備的請求而執行存儲器存取操作以存取NVRAM。

技術領域

本發明的實施例涉及計算機系統；并且更具體來說，涉及使用非易失性隨機存取存儲器作為傳統大容量存儲設備的替代。

背景技術

A. 當前的存儲器和存儲設備配置

當今計算機創新的限制因素之一是存儲器和存儲設備技術。在常規計算機系統中，系統存儲器通常由動態隨機存取存儲器（DRAM）來實現。基于DRAM的存儲器甚至在不進行存儲器讀取或寫入時也會消耗功率，因為它必須不斷對內部電容器充電。基于DRAM的存儲器是易失性的，這意味著一旦移除電源，存儲在DRAM存儲器中的數據就會丟失。

關于大容量存儲設備，常規的大容量存儲裝置通常包括非易失性磁介質（例如，硬盤驅動器）和/或閃速存儲器（又稱為“閃存”）（例如，固態驅動器（SSD））。這些存儲裝置可塊尋址，這意味著不能個別地存取存儲設備的單個字節。而是，作為多字節（例如，16字節或更大的）數據塊來讀取和寫入字節。一般，這些存儲裝置視為是I/O裝置，因為它們由處理器通過實現各種I/O協議的各種I/O適配器來存取。這些I/O適配器和I/O協議消耗大量功率，并且可以對管芯面積和平臺的形狀因子具有顯著影響。另外，對于具有有限電池壽命的便攜式或移動裝置（例如，平板計算機、相機和移動電話），它們的存儲裝置（例如，嵌入式多媒體卡（eMMC）和安全數字（SD）卡）通常經由低功率互連和I/O控制器耦合到處理器以便滿足活動和空閑功率預算。這些互連和I/O控制器無法持續地遞送令人滿意的用戶體驗所需的帶寬。

關于固件存儲器，常規的計算機系統通常使用閃速存儲器裝置來存儲經常讀取但很少（或從不）寫入的持久性系統信息。例如，基本輸入和輸出系統（BIOS）圖像通常存儲在閃速存儲器裝置中。當前市場上可用的閃速存儲器裝置一般具有有限的速度（例如，50MHz）。該速度還會因為讀取協議的開銷（例如，2.5 MHz）而進一步減小。為了加快BIOS執行速度，常規處理器一般在引導過程的可預擴展固件接口（PEI）階段期間緩存BIOS代碼的一部分。但是，處理器高速緩存具有非常有限的容量。因此，可用于初始系統配置的BIOS代碼的量也非常有限。處理器高速緩存的大小限制對在PEI階段中所使用的BIOS代碼（又稱為“PEI BIOS代碼”）的大小施加了顯著限制。因此，PEI BIOS代碼無法輕易地擴展以便支持存儲器配置和多個處理器族的大混合。隨著對處理器、處理器互連、利用各種技術和多個處理器族實現的存儲器和存儲設備的初始化的日益增加的需求，對更多用途的PEI BIOS代碼的需要也逐漸增長。一個解決方法是構建更大的處理器高速緩存來緩存代碼。但是，處理器高速緩存的大小無法在不對系統的剩余部分產生不利影響的情況下輕易增加。

B. 相變存儲器（PCM）和相關技術

相變存儲器（PCM）有時又稱為PCME、PRAM、PCRAM、雙向統一存儲器、硫化物RAM和C-RAM，它是一種利用硫化物玻璃的獨特行為的非易失性計算機存儲器。作為通過使電流流過而產生熱量的結果，該材料可以在兩種狀態之間切換：晶態和非晶態。最近版本的PCM可以實現兩種額外的不同狀態，從而有效地使存儲器存儲容量加倍。PCM是在非易失性作用中與閃速存儲器競爭的多種新存儲器技術之一。閃速存儲器有多個這些替代希望解決的實際問題。

例如，PCM可以在快速寫入非常重要的應用中提供高得多的性能，這部分是因為存儲器元件可以更加快速地切換，并且還因為各個位可以變為1或0，而無需首先擦除整個單元塊（閃存中是這樣的）。PCM的高性能使得它在當前性能受到存儲器存取定時限制的非易失性存儲器作用中潛在地非常有益。