[发明专利]抗辐射故障保护型存储装置及其抗辐射故障保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗故障保护型存储装置及其保护方法。

背景技术

随着集成工艺尺寸的不断降低，集成电路对空间辐射环境和地面噪声环境越发地敏感，电路的正常工作状态受到严重地影响。错误修正码(ECC)是一种修正存储器中故障的常用方法。然而，随着存储器中相临单元之间的距离不断缩小，一次辐射事件造成多位翻转的几率大大地增加；同时由于ECC电路需要由编码器和译码器构成，这些组合电路会受到由辐射引起的单粒子瞬态效应的影响。因此，需要一种更为有效地的存储器故障保护(Fault-Secure)加固技术，既可以修正存储阵列中的多位错误，又可以修正ECC电路中的错误。

汉明码(Hamming codes)是ECC中最为常见的一种纠错技术，它可以修正一位、探测两位错误。汉明码具有编码结构简单，易于实现等特点，但是它无法修正多于两位的错误。欧氏几何低密度单奇偶校验码(EG-LDPC)是目前已知的唯一具有故障保护能力的ECC编码。EG-LDPC码是分组循环码的一种，它可以修正多个错误，同时具有高码增益和低误码率的特点，已经广泛应用于通信领域。EG-LDPC码还是一种大数逻辑可译码，相对于其它分组循环码的迭代译码方式，具有译码速度快的特点。具体译码方式如下：首先通过计算接收的数据向量和自身的奇偶校验矩阵的内积，得到α个奇偶校验总和；然后α个奇偶校验总和输入到大数逻辑门中进行判断；如果大数门的输出结果为1，则传输数据发生错误需要翻转相应的数据位；如果大数门的输出结果为0，则传输数据正确，保持不变。

一个ECC编码的故障保护能力是由其校正子(syndrome)S_i构成的探测器电路决定的。校正子探测电路可以探测编码器、译码器和自身电路输出的信息位是否正确，如果译码正确则校正子为0，如果译码中出现错误则校正子不为0。对于一个字长为n的EG-LDPC码，它会产生n个校正子，用以产生探测信号并反馈回存储器，如果在编码器、译码器或探测器中出现无法修正的错误，则中断并重新发送出现错误的数据，从而使存储器具有了故障保护能力，修正方案如图1所示。

但是，并不是所有的ECC编码都具有故障保护能力。设J为ECC码的最小距离(minimum distance)，则ECC该的最大纠错能力E为(J-1)/2，最大探测能力D为J-1，错误图样的重量(weight)满足0＜e≤J-1。在编码器、译码器和校正电路中发生的错误分别用E_e、E_d和E_s标记，存储阵列中的错误为E_m。对于普通ECC码需要满足E_m≤E且E_e＝E_d＝0，而对于具有故障保护能力的ECC码则需满足E_e+E_m≤E且E_e+E_m+E_d+E_s≤D。假定故障保护ECC中错误图样重量为E_e+E_m+E_d＝e，则校正子电路在可检测范围内发生错误的重量应满足E_s≤J-1-e。要保证校正子电路中每个错误只影响一个校正子位，实现对校正子电路自身出现错误的探测，此时校正子的重量至少需要为J-e。目前已经证明EG-LDPC码的校正子重量可以满足大于J-e，因此具备故障保护的能力。

由于EG-LDPC码需要较多的冗余位存放编码信息，而存储单元又占据了整个存储器的绝大部分面积，因此EG-LDPC码的故障保护方案会带来庞大的面积开销，增加了芯片的成本。此外，某些码段的EG-LDPC需要多步大数逻辑实现译码，从而带来过大的延迟开销，并不适合一些高速存储器的应用。

发明内容

本发明未解决现有存储阵列中出现的多位翻转又可以抑制编码器、译码器等组合电路中出现的单粒子瞬态效应，及现有EG-LDPC码因需要较多的冗余位存放编码信息而带来庞大的面积开销，增加芯片成本的问题；而提出了一种抗辐射故障保护型存储装置及其抗辐射故障保护方法。