[發明專利]一種解決STT-RAM緩存寫失敗的方法

有效

• 申請號: 202010214371.5
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111580750B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 章鐵飛
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06;G06F11/10;G06F15/78
• 代理公司: 杭州天欣專利事務所(普通合伙) 33209
• 代理人: 梁斌

本發明提供一種解決STT?RAM緩存寫失敗的方法，在糾錯碼的糾錯能力與存儲代價之間取得平衡。本發明包括如下步驟:S1、發起寫數據操作時，確定將寫的目標緩存塊后，讀出目標緩存塊的舊數據按位與新數據按位比較后，計算統計當前數據位對應的STT?RAM單元將發生0到1的切換的總數據位數n；S2、比較n與閥值K_th，如果n大于K_th，則采用擴展糾錯碼進行糾錯，如果n小于等于K_th，則采用默認糾錯碼進行糾錯；S3、寫緩存塊時，設置目標緩存塊標簽的標志位，標識目標緩存塊的糾錯碼類型；S4、讀取緩存塊數據時，同時讀取緩存塊標簽的標志位，根據標志位確定所采用的糾錯碼類型，將緩存塊發往對應的糾錯碼解碼器糾錯。

技術領域

本發明涉及一種解決STT-RAM緩存寫失敗的方法。

背景技術

相比于傳統的SRAM存儲器，Spin Transfer Torque RAM(STT-RAM)作為一種新型存儲器具有靜態能耗低、存儲密度高、讀速度快以及與CMOS技術兼容性好等優點，因此STT-RAM有望成為計算機的下一代片上緩存。但STT-RAM也存在明顯的劣勢，其中包括寫失敗。STT-RAM存儲單元主要是磁隧道結(MTJ)，其中主要包括參照層和自由層。參照層的磁化方向水平固定，而自由層的磁化方向要么與參照層同向，要么反向。參照層與自由層的磁化方向反向或者同向時，磁隧道結呈現低或高兩種電阻態，分別表示邏輯值0或1。因此，向STT-RAM單元寫入數據，本質上改變自由層的磁化方向。

寫數據時，如果新數據與STT-RAM存儲單元原來的數據相異，則需要改變自由層的磁化方向。主要是向STT-RAM單元注入寫電流I_write，并保持t_write時間來改變自由層的磁化方向，但磁化方向有可能不改變，即寫操作存在一定的失敗可能性，這種現象稱為寫失敗。單個STT-RAM單元寫失敗的概率很小，但寫入緩存塊的數據與舊數據相異的數據位數較多時，則可能發生寫失敗的數據位數也會較多。另外，STT-RAM存儲單元從邏輯值0到1的寫失敗發生概率要比從1到0的寫失敗大100倍。因此，緩存塊的寫失敗數據位數與新舊數據之間從邏輯值0到1的切換的數據位數成正比。

寫失敗的傳統解決方式是采用糾錯碼。只要緩存塊中寫失敗的錯誤數據位數不超過糾錯碼的糾錯能力，則寫操作成功；如果要寫入的新舊數據之間相異的數據位數很多，則緩存塊中出現的寫失敗錯誤位數過多，糾錯碼無法糾正錯誤數據，影響程序的正常運行。導致上述問題的主要原因是緩存塊的糾錯碼數據位數固定，糾錯能力恒定；而緩存塊的新舊數據相異位數存在明顯差異。不同的緩存塊，不同的寫更新狀態，需要設置糾錯能力不同的糾錯碼。如果都采用強糾錯能力的糾錯碼，則存儲代價過大；如果都采用默認糾錯能力的糾錯碼，則糾錯能力不足。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的上述不足，而提供一種解決STT-RAM緩存寫失敗的方法，在糾錯碼的糾錯能力與存儲代價之間取得平衡。

本發明解決上述問題所采用的技術方案是：一種解決STT-RAM緩存寫失敗的方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1、發起寫數據操作時，確定將寫的目標緩存塊后，讀出目標緩存塊的舊數據按位與新數據按位比較后，計算統計當前數據位對應的STT-RAM單元將發生0到1的切換的總數據位數n；

S2、比較n與閥值K_th，如果n大于K_th，則采用擴展糾錯碼進行糾錯，如果n小于等于K_th，則采用默認糾錯碼進行糾錯；

S3、寫緩存塊時，設置目標緩存塊標簽的標志位，標識目標緩存塊的糾錯碼類型；

S4、讀取緩存塊數據時，同時讀取緩存塊標簽的標志位，根據標志位確定所采用的糾錯碼類型，將緩存塊發往對應的糾錯碼解碼器糾錯。