[发明专利]作为传统大容量存储设备的替代的非易失性随机存取存储器（NVRAM）

说明书

在计算机系统中使用非易失性随机存取存储器（NVRAM）以便在平台存储层级中执行多个作用，具体来说，用于替代可通过I/O存取的传统大容量存储设备。该计算机系统包括用于执行软件的处理器和耦合到处理器的存储器。存储器的至少一部分包括通过处理器可字节重写和可字节擦除的非易失性随机存取存储器（NVRAM）。该系统还包括耦合到NVRAM的存储器控制器以响应来自软件的存取大容量存储设备的请求而执行存储器存取操作以存取NVRAM。

技术领域

本发明的实施例涉及计算机系统；并且更具体来说，涉及使用非易失性随机存取存储器作为传统大容量存储设备的替代。

背景技术

A. 当前的存储器和存储设备配置

当今计算机创新的限制因素之一是存储器和存储设备技术。在常规计算机系统中，系统存储器通常由动态随机存取存储器（DRAM）来实现。基于DRAM的存储器甚至在不进行存储器读取或写入时也会消耗功率，因为它必须不断对内部电容器充电。基于DRAM的存储器是易失性的，这意味着一旦移除电源，存储在DRAM存储器中的数据就会丢失。

关于大容量存储设备，常规的大容量存储装置通常包括非易失性磁介质（例如，硬盘驱动器）和/或闪速存储器（又称为“闪存”）（例如，固态驱动器（SSD））。这些存储装置可块寻址，这意味着不能个别地存取存储设备的单个字节。而是，作为多字节（例如，16字节或更大的）数据块来读取和写入字节。一般，这些存储装置视为是I/O装置，因为它们由处理器通过实现各种I/O协议的各种I/O适配器来存取。这些I/O适配器和I/O协议消耗大量功率，并且可以对管芯面积和平台的形状因子具有显著影响。另外，对于具有有限电池寿命的便携式或移动装置（例如，平板计算机、相机和移动电话），它们的存储装置（例如，嵌入式多媒体卡（eMMC）和安全数字（SD）卡）通常经由低功率互连和I/O控制器耦合到处理器以便满足活动和空闲功率预算。这些互连和I/O控制器无法持续地递送令人满意的用户体验所需的带宽。

关于固件存储器，常规的计算机系统通常使用闪速存储器装置来存储经常读取但很少（或从不）写入的持久性系统信息。例如，基本输入和输出系统（BIOS）图像通常存储在闪速存储器装置中。当前市场上可用的闪速存储器装置一般具有有限的速度（例如，50MHz）。该速度还会因为读取协议的开销（例如，2.5 MHz）而进一步减小。为了加快BIOS执行速度，常规处理器一般在引导过程的可预扩展固件接口（PEI）阶段期间缓存BIOS代码的一部分。但是，处理器高速缓存具有非常有限的容量。因此，可用于初始系统配置的BIOS代码的量也非常有限。处理器高速缓存的大小限制对在PEI阶段中所使用的BIOS代码（又称为“PEI BIOS代码”）的大小施加了显著限制。因此，PEI BIOS代码无法轻易地扩展以便支持存储器配置和多个处理器族的大混合。随着对处理器、处理器互连、利用各种技术和多个处理器族实现的存储器和存储设备的初始化的日益增加的需求，对更多用途的PEI BIOS代码的需要也逐渐增长。一个解决方法是构建更大的处理器高速缓存来缓存代码。但是，处理器高速缓存的大小无法在不对系统的剩余部分产生不利影响的情况下轻易增加。

B. 相变存储器（PCM）和相关技术

相变存储器（PCM）有时又称为PCME、PRAM、PCRAM、双向统一存储器、硫化物RAM和C-RAM，它是一种利用硫化物玻璃的独特行为的非易失性计算机存储器。作为通过使电流流过而产生热量的结果，该材料可以在两种状态之间切换：晶态和非晶态。最近版本的PCM可以实现两种额外的不同状态，从而有效地使存储器存储容量加倍。PCM是在非易失性作用中与闪速存储器竞争的多种新存储器技术之一。闪速存储器有多个这些替代希望解决的实际问题。

例如，PCM可以在快速写入非常重要的应用中提供高得多的性能，这部分是因为存储器元件可以更加快速地切换，并且还因为各个位可以变为1或0，而无需首先擦除整个单元块（闪存中是这样的）。PCM的高性能使得它在当前性能受到存储器存取定时限制的非易失性存储器作用中潜在地非常有益。