[發明專利]基于數據循環移位的PCM內存行復用方法

有效

• 申請號: 201910055632.0
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109933424B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 章鐵飛;傅均
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

一種基于數據循環移位的PCM內存行復用方法，包括：內存行的結構優化；記錄卡死單元信息的卡死位置緩存；復用卡死單元的寫內存行操作；復用卡死單元的讀內存行操作。針對PCM存儲器寫壽命短導致內存行出現卡死單元的問題，摒棄以往棄之不用的做法，轉而優化內存行結構，添加記錄卡死單元信息的卡死位置緩存；結合卡死位置緩存中的條目信息，采用數據循環移位的方法，將移位后的數據寫入存在卡死單元的內存行中，實現內存行的復用。本方法具備存儲代價小、計算速度快的優點。

所屬技術領域

本發明涉及一種PCM內存行復用方法。

背景技術

當前計算機中的內存采用DRAM存儲技術。隨著DRAM存儲密度的不斷提升，存儲單元越來越小，能容納的電荷越來越少，以至于不能穩定地、足夠久地保存數據，因此DRAM技術已經慢慢接近物理極限，需要新的存儲技術來代替DRAM。非易失性相變存儲器PCM(phasechange memory)是一種新的很有競爭力的存儲技術。PCM采用不同的存儲原理，即通過相變材料的狀態變化而非電荷來存儲表示數據，因為不存在DRAM的漏電流效應，可以持久地保存數據，而且PCM的存儲密度可以做得更高。

每一個PCM存儲單元包含一混合金屬層，其可以在高電阻的晶體態和低電阻的非晶體態之間切換，即分別表示、存儲邏輯值0和1。雖然PCM有高密度、無漏電流等優勢，但相比于DRAM，PCM也有自身的劣勢。首先，PCM存儲器數據讀取的速度比較慢，數據寫入的速度則更慢于DRAM。另外，PCM存儲器數據寫壽命較短，即寫入數據的次數，一般是10⁸次。因為反復地寫入數據，即PCM存儲單元中的合金層頻繁改變狀態，最終混合金屬層疲勞損壞，使得存儲單元永久性陷入某種狀態不能改變，因此不能再寫入新的數據，這種現象稱為PCM存儲單元卡死(Stuck)。雖然不能寫入新數據，存儲單元仍然可以被讀取，只不過讀取的是其卡死狀態所代表的數據值。

與DRAM內存架構類似，PCM單元以二維陣列的形式構成存儲塊(Bank)，大小的常見配置是512×512，橫向的512個存儲單元構成內存行(Block)，縱向的稱為列。存儲塊是內存基本的結構和功能單元，每次讀寫存儲塊都是以內存行為單位。因為PCM存儲單元寫壽命較短，而且不同存儲單元的寫壽命有明顯的差距，意味著一個內存行中寫壽命較短的單元最早出現存儲單元卡死。一旦內存行中的某個存儲單元卡死，那么該內存行就不能正常地寫入數據，即使剩余的511個存儲單元都還未出現卡死。在發現某個內存行出現卡死存儲單元時，如果就將該內存行棄之不用，意味著一個存儲單元的卡死就將導致整個內存行都不能繼續使用，造成極大浪費。

發明內容

本發明要克服現有技術的不足，提出基于數據循環移位的PCM內存行復用方法。本發明的優點是在PCM內存行出現卡死單元的情況下，不僅不禁用內存行，還能夠復用內存行，繼續讀寫數據，并且所提的方法存儲代價小、計算速度快。

本發明的內容和特征就是：摒棄以往棄之不用的做法，轉而優化內存行的結構，添加記錄卡死單元信息的卡死位置緩存；結合卡死位置緩存中的條目信息，采用循環移位數據值的方法，將數據寫入存在卡死單元的內存行中，實現內存行的復用；讀取內存行中的數據時，根據標志位信息，再將讀取的數據恢復為原始數據。

基于數據循環移位的PCM內存行復用方法，包括：

1)內存行的結構優化；

內存行的結構優化包括每個內存行添加卡死標志位、移位計數器和翻轉標志位。卡死標志位用標識內存行當前是否存在卡死單元；移位計數器記錄原始數據循環移位多少位后寫入內存行；翻轉標志位表示數據是否翻轉后寫入內存行。

2)記錄卡死單元信息的卡死位置緩存；