[發明專利]容錯計算機存儲器系統以及具有阻塞性能的應用兩級錯誤校正與檢測的部件

無效

• 申請號: 90100787.0
• 申請日: 1990-02-17
• 公開（公告）號: CN1017665B
• 公開（公告）日: 1992-07-29
• 發明（設計）人: 羅伯特·馬丁·布萊克;道格拉斯·克雷格·博斯恩;陳鋇龍;約翰·阿特金森·法菲爾德;霍爾德·利奧·卡頓;洛婷澈
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: G06F11/00
• 分類號: G06F11/00;G06F11/14;G06F11/16
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 馮賡瑄

本發明一般面向容錯計算機存儲器系統。具體地說，本發明面向應用片級與系統級雙重錯誤校正編碼方案的計算機存儲器系統。更具體地說，本發明涉及具有片上錯誤校正能力以及容許再生硬錯誤的錯誤校正阻塞裝置的存儲器片，特別是當這些錯誤的再生性對于系統級錯誤復原過程具有重要意義的情況。

由于半導體存儲器片是以越來越小的器件尺寸和對應增高的電路組裝密度進行研制，附加的錯誤校正方法，諸如片上錯誤校正，變得越來越重要了。一般地說，在集成片上的存儲器錯誤屬于兩種不同的范疇;硬錯誤與軟錯誤。軟錯誤一般為瞬態事件，諸如那些由背景級阿爾法粒子輻射所引起的或者由造成“弱單元”的參數工藝靈敏度所導致的。弱單元是指那些在特定的電壓或數據模式作用下失效的單元，或者反之是對噪聲，印刷圖象大小或圖象跟蹤敏感的單元。隨著集成片密度的增高，軟錯誤變得更加頻率。因此，增加中的集成片密度提出了對片上錯誤校正能力的更大需求，特別是對軟錯誤校正。

除了通常能由錯誤校正編碼電路校正的軟錯誤的出現之外，硬錯誤也同樣可能出現。硬錯誤通常由于包括設備污染在內的不完善制造條件所造成。隨著存儲器密度的增高，集成片制造中的完善性是非常難于做到的。因此，除了軟錯誤之外，硬錯誤也可能同時出現。再者，硬錯誤具有看起來似乎荒謬的優點，即它們一般是能夠重復的。然而，正是這些錯誤的再生性為它們的校正提供了一種機制（見下面）。在存儲器系統或集成片上硬錯誤出現的通常方式之一是“膠著”錯誤的發生，這便是在存儲器地址的一個或多個位上不論存儲器單元的特定內容是什么總是連續不斷地出現零或一的輸出響應。

雖然存在著許多不同的錯誤校正碼可用于或能用于與存儲器系統相結合使用，已經用于這一目的最流行碼類之一是具有碼字間最小距離為4的編碼。這種編碼能夠校正單個錯誤和檢測雙錯誤。這些編碼是眾所周知且易于實現的，并且具有經過驗證的可靠性跟蹤記錄以及易于制造，特別是在簡化電路和使集成片“房地產”的消耗最小方面。明確地說，不論其性質是軟的或者是硬的單個錯誤，對這種編碼不成問題。此外，這種編碼能檢測雙錯誤的存在，不論是硬或軟種類的，但一般不能校正它們。在兩個軟錯誤的情況下，使用這種編碼以及解碼技術一般不可能進行校正。然而，在出現兩個硬錯誤或一硬一軟錯誤時，卻能把這種編碼提供給用于雙錯誤校正的求補碼/求重補碼算法應用。這一算法也稱作雙重求補碼算法。這一方法在C.L.Chen與M.Y.Hsiao的“應用于半導體存儲器的錯誤校正碼-工藝現狀評論”一文中得到說明（IBM研究與開發期刊，1984年3月，124-134頁）。這一算法借助于硬錯誤是通常可再生的這一事實。作為這一事實的結果就可能確定錯誤中位的位置。從這一知識出發，雙錯誤校正實際上能夠實現。由此可見，硬錯誤的可再生性使在不增加碼字長度條件下增進能產生硬一硬錯誤或硬一軟錯誤的信息存儲系統的可靠性成為可能。因此，為圖消除硬錯誤再生性的存儲器片設計觀念同時也為系統級雙錯誤校正設置了障礙，尤其是對于那些圍繞著現存的單錯誤校正與雙錯誤檢測編碼和電路所設計的系統。

存儲器體系結構本身在錯誤校正考慮中起一定的作用。特別是，通常愿意訪問存儲器數據中的一個雙字（64位），其中該雙字的每一位由獨立的存儲器片提供。這種存儲器體系結構在提供可靠性和速度優點上是有用的。錯誤校正編碼方法也行施在數據雙字上。本文中，這稱作系統級錯誤校正（與檢測）。就是在這一級上使用求補碼/求重補碼算法來校正硬-硬與硬-軟錯誤，即屬于硬種類的雙錯誤。具體地說，這說明一定數量的存儲器片是專門為存儲冗余編碼信息的，典型地是具有奇偶校驗或和數校驗類型的編碼信息。

相應地，可以看出，作為高電路組裝密度的后果制造應用片上錯誤校正與檢測能力的存儲器系統是令人滿意的。單錯校正雙錯檢測（SEC/DED）碼局限于它們的數據字中只有一位的校正。因為這一原因，當檢測到多錯誤時必須避免任何以及所有的位校正。禁止了數據校正，多錯誤便不會導致單錯校正雙錯檢測系統錯誤地改變一個好的數據位。在通過片上的ECC系統“寫回”時，這一多錯誤狀態便被清除（即，將片上的ECC字連同它的適當校驗位傳送回DRAM單元的操作），由于合法的校驗位是從未改變的數據字生成的。在這一系統中，對數據字完整性的損害只限于原始的多錯誤。雖然這些錯誤不再能被檢測出，但ECC系統在隨后的訪問中不會引起數據字的變質。