[發(fā)明專利]一種優(yōu)化的具有ECC功能的MRAM系統(tǒng)及其操作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910678834.0
• 申請(qǐng)日: 2019-07-25
• 公開（公告）號(hào): CN112289353A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴瑾;夏文斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海磁宇信息科技有限公司
• 主分類號(hào): G11C11/16
• 分類號(hào): G11C11/16;G11C29/42;G06F11/10;G06F3/06
• 代理公司: 上海容慧專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31287
• 代理人: 于曉菁

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N優(yōu)化的具有ECC功能的MRAM系統(tǒng)及其操作方法，在使用ECC的情況下避免頻繁讀取整個(gè)內(nèi)部字，包括寄存器、糾錯(cuò)電路和控制電路，控制電路包括讀寫操作模塊、數(shù)據(jù)寫回MRAM操作模塊以及地址管理模塊，當(dāng)外界訪問一個(gè)短字時(shí)，把對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)字整體讀至寄存器中，在寄存器區(qū)上進(jìn)行短字的讀寫操作，如果之后周期外部字地址也能匹配此內(nèi)部長(zhǎng)字地址時(shí)，可以繼續(xù)在寄存器區(qū)上進(jìn)行讀寫操作，直至新的周期的外部字地址無法匹配，再進(jìn)行寄存器寫回MRAM，并讀入相應(yīng)的內(nèi)部字地址的數(shù)據(jù)至寄存器，從而有效地減小讀寫MRAM所需功耗，另外還可以在同一個(gè)周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的讀寫操作。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)軟件領(lǐng)域，涉及一種存儲(chǔ)寄存器技術(shù)，尤其涉及一種優(yōu)化的具有ECC功能的MRAM系統(tǒng)及其操作方法。

背景技術(shù)

MRAM是一種新的內(nèi)存和存儲(chǔ)技術(shù)，其具有SRAM/DRAM一樣快速隨機(jī)讀寫的特點(diǎn)，還具有Flash閃存在斷電后永久保留數(shù)據(jù)的功能。眾所周知，DRAM以及Flash與標(biāo)準(zhǔn)CMOS半導(dǎo)體工藝不兼容，但MRAM可以通過半導(dǎo)體工藝和邏輯電路集成到一個(gè)芯片中。

MRAM的原理，是基于一個(gè)叫做磁性隧道結(jié)(MTJ)的結(jié)構(gòu)，其由兩層鐵磁性材料夾著一層非常薄的非鐵磁絕緣材料組成的，下面的一層鐵磁材料是具有固定磁化方向的參考層，上面的鐵磁材料是可變磁化方向的記憶層，記憶層的磁化方向可以和參考層相平行或反平行。由于量子物理的效應(yīng)，電流可以穿過中間的隧道勢(shì)壘層，但是磁性隧道結(jié)的電阻和可變磁化層的磁化方向有關(guān)。記憶層和參考層的磁化方向相平行時(shí)電阻低，反平行時(shí)電阻高。讀取MRAM的過程就是對(duì)磁性隧道結(jié)的電阻進(jìn)行測(cè)量，使用比較新的STT-MRAM技術(shù)，寫MRAM也比較簡(jiǎn)單，使用比讀更強(qiáng)的電流穿過磁性隧道結(jié)進(jìn)行寫操作。一個(gè)自下而上的電流把可變磁化層置成與固定層反平行的方向，自上而下的電流把它置成平行的方向。

MRAM的讀出電路需要檢測(cè)MRAM記憶單元的電阻。由于磁性隧道結(jié)的電阻可能會(huì)因?yàn)樯a(chǎn)工藝、讀寫次數(shù)、溫度等原因漂移，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，讀出的數(shù)據(jù)比特與之前最近一次寫入的數(shù)據(jù)比特相反。為解決這一問題，可以加入錯(cuò)誤檢測(cè)和糾錯(cuò)電路(ECC，ErrorChecking and Correcting)，對(duì)一個(gè)字的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，加入一些校驗(yàn)位比特，從而對(duì)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤進(jìn)行檢測(cè)和矯正。MRAM可靠性需要ECC來支持，存在ECC的情況下，由于ECC進(jìn)行編碼，需要額外的校驗(yàn)位，而且每增加一倍的原始位，僅需再增加1位校驗(yàn)位，所以對(duì)較多位的字進(jìn)行ECC編碼有助于提高存儲(chǔ)空間效率。但這樣就同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)矛盾：如果外部字長(zhǎng)與內(nèi)部字長(zhǎng)不一致的情況下，為了讀寫比較短的外部字，需要讀寫整個(gè)內(nèi)部字，而且會(huì)產(chǎn)生頻繁的ECC編解碼與讀寫操作，產(chǎn)生的功耗比較高。

在專利申請(qǐng)?zhí)枮?01610127678.5的專利申請(qǐng)中(公開號(hào)CN107168816A)公開了一種ECC幀長(zhǎng)調(diào)整方法及其裝置，其通過從ECC塊的填充數(shù)據(jù)截?cái)鄶?shù)據(jù)，使得修改后的ECC塊能夠?qū)懭隢VM的物理頁，其中，所述修改后的ECC塊由用戶數(shù)據(jù)單元、填充數(shù)據(jù)的部分和校驗(yàn)數(shù)據(jù)組成；將修改后的ECC塊寫入NVM的物理頁。同時(shí)，調(diào)整方法還包括，從NVM的物理頁讀出ECC塊；在ECC塊的填充數(shù)據(jù)的指定部分填充預(yù)定數(shù)據(jù)來修改ECC塊；對(duì)修改后的ECC塊進(jìn)行ECC解碼，得到信息數(shù)據(jù)；從信息數(shù)據(jù)中得到用戶數(shù)據(jù)單元。其填充數(shù)據(jù)生成方式為使用預(yù)定數(shù)據(jù)、使用結(jié)果可重復(fù)生成的預(yù)定隨機(jī)數(shù)生成方法和/或隨機(jī)數(shù)種子生成所述填充數(shù)據(jù)。或者，使用結(jié)果可重復(fù)生成的預(yù)定隨機(jī)數(shù)生成方法和/或隨機(jī)數(shù)種子生成所述填充數(shù)據(jù)中按照物理頁的地址選擇隨機(jī)數(shù)生成方法和/或隨機(jī)數(shù)種子。通過上述方法其能夠在單一ECC引擎中支持多種碼率，減少閃存物理頁大小對(duì)碼率的限制。

但上述專利在頁級(jí)對(duì)ECC數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，顆粒度很大，而且有些情況下會(huì)產(chǎn)生過多的填充位，浪費(fèi)數(shù)倍的儲(chǔ)存空間和功耗。申請(qǐng)人通過研究發(fā)現(xiàn)可以在字級(jí)層面進(jìn)行處理，這樣的處理方式的有點(diǎn)包括：顆粒度小、易于操作且能保持低功耗。

發(fā)明內(nèi)容