[發明專利]用于實現具有不同操作模式的多級存儲器分級結構的設備和方法

有效

• 申請號: 201710753816.5
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN107608910B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: R.K.拉馬努詹;R.阿加瓦爾;G.J.欣頓
• 申請（專利權）人: 英特爾公司
• 主分類號: G06F12/08
• 分類號: G06F12/08;G06F12/0806
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 姜冰;鄭冀之

描述用于在計算機系統中集成包括非易失性存儲器層的存儲器和存儲分級結構的系統和方法。在一個實施例中，PCMS存儲器裝置用作分級結構中的一層，有時稱作“遠存儲器”。更高性能存儲器裝置（例如DRAM）放置在遠存儲器前面并且用來掩蔽遠存儲器的性能限制的一些。這些更高性能存儲器裝置稱作“近存儲器”。在一個實施例中，“近存儲器”配置成工作在多個不同操作模式中，包括(但不限于)：第一模式，其中近存儲器作為遠存儲器的存儲器高速緩存進行操作；以及第二模式，其中向近存儲器分配系統地址空間的第一地址范圍，其中向遠存儲器分配系統地址空間的第二地址范圍，其中第一范圍和第二范圍表示整個系統地址空間。

技術領域

一般來說，本發明涉及計算機系統領域。更具體來說，本發明涉及用于實現多級存儲器分級結構的設備和方法。

背景技術

A.當前存儲器和存儲配置

當今計算機革新的限制因素之一是存儲器和存儲技術。在常規計算機系統中，系統存儲器(又稱作主要存儲器、主存儲器、可執行存儲器)通常由動態隨機存取存儲器(DRAM)來實現。基于DRAM的存儲器甚至在沒有存儲器讀取或寫入發生時也消耗功率，因為它必須不斷對內部電容器進行再充電。基于DRAM的存儲器是易失性的，這意味著，一旦去除功率，則DRAM存儲器中存儲的數據丟失。常規計算機系統還依靠多級緩存來改進性能。高速緩存是定位在處理器與系統存儲器之間的高速存儲器，以便比可以從系統存儲器服務于存儲器存取請求更快地服務于存儲器存取請求。這類高速緩存通常采用靜態隨機存取存儲器(SRAM)來實現。高速緩存管理協議可用來確保將最頻繁存取的數據和指令存儲在高速緩存級之一中，由此減少存儲器存取事務的數量并且改進性能。

關于大容量存儲(又稱作輔助存儲或磁盤存儲)，常規大容量存儲裝置通常包括磁介質(例如硬盤驅動器)、光介質(例如壓縮盤(CD)驅動器、數字多功能光盤(DVD)等)、全息介質和/或大容量閃速存儲器(例如固態驅動器(SSD)、可拆卸閃存驅動器等)。一般來說，這些存儲裝置被認為是輸入/輸出(I/O)裝置，因為它們由處理器經過實現各種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，并且能夠對管芯面積和平臺的形狀因數具有顯著影響。在沒有連接到永久電源時，具有有限電池使用壽命的便攜或移動裝置(例如膝上型計算機、上網本、平板計算機、個人數字助理(PDA)、便攜媒體播放器、便攜游戲裝置、數碼相機、移動電話、智能電話、功能電話等)可包括可移動大容量存儲裝置(例如嵌入式多媒體卡(eMMC)、安全數字(SD)卡))，其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。

關于固件存儲器(例如引導存儲器(又稱作BIOS閃存))，常規計算機系統通常使用閃速存儲器裝置來存儲經常被讀取但很少(或者從不)被寫入的永久系統信息。例如，在引導過程(基本輸入和輸出系統(BIOS)鏡像)期間由處理器運行以初始化關鍵系統組件的初始指令通常存儲在閃速存儲器裝置中。市場上當前可用的閃速存儲器裝置一般具有有限速度(例如50 MHz)。這個速度通過讀協議的開銷進一步減小(例如2.5 MHz)。為了加速BIOS執行速度，常規處理器一般在引導過程的預擴展固件接口(PEI)階段期間緩存BIOS代碼的一部分。處理器高速緩存的大小對PEI階段中使用的BIOS代碼(又稱作“PEI BIOS代碼”)的大小提出限制。

B.相變存儲器(PCM)及相關技術

有時又稱作相變隨機存取存儲器(PRAM或PCRAM)、PCME、奧式統一存儲器或硫屬化物RAM(C-RAM)的相變存儲器(PCM)是一種類型的非易失性計算機存儲器，其利用硫屬化物玻璃的獨特行為。由于通過電流的經過所產生的熱量，硫屬化物玻璃能夠在兩種狀態之間來切換：結晶和非晶。PCM的最近版本能夠實現兩種附加的不同狀態。

PCM提供比閃存要高的性能，因為PCM的存儲器元件能夠更快速切換，寫入(將單獨位改變成1或0)能夠在無需首先擦除單元的整個塊的情況下進行，以及來自寫入的降級較慢(PCM裝置可經受得住大約1億次寫循環；PCM降級歸因于編程、金屬(和其它材料)遷移和其它機制期間的熱膨脹)。