[发明专利]缓解具有可寻址行的存储器阵列中的数据丢失的方法

说明书

本发明涉及缓解DRAM集成电路中的行锤(row hammer)攻击。公开了用于具有适度开销的嵌入式目标行刷新(TRR)解决方案的装置和方法。在操作中，它对用户来说几乎是透明的。除了通过模式寄存器启用以及平均刷新率增加近似1％的一半外，不需要其他用户操作。伴随着ACTIVE命令的行地址流被监测和过滤，以仅跟踪以危险速率出现的地址并拒绝以低于危险速率出现的地址。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2015年10月21日提交的美国临时申请62/244,494的优先权，该申请据此全文以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及动态随机存取存储器（DRAM）集成电路中的数据干扰漏洞。具体地讲，它涉及通过故意在系统DRAM存储器中引起行干扰（也称为“行锤击”）来缓解对计算系统的攻击。

背景技术

在存储器技术中，“干扰”是指存储器阵列中的一个或多个存储器单元中的数据丢失。这可能由环境因素中的许多原因造成，诸如由α粒子或其他电离原子产生的辐射以及电源故障。它们也可能因为对同一阵列中的一个或多个其他存储器单元的操作而发生。大多数存储器中都会发生干扰。失效机理可能在不同技术（例如，DRAM、SRAM、闪存等）之间有所不同，并且可能在不同制造商之间有所不同，甚至在同一制造商的相同技术的不同工艺代之间有所不同。

DRAM技术的特点之一是通过在每个存储器单元中的电容器上捕获一定数量的电荷来存储数据。对存储器单元的存取具有破坏性，意味着必须读取一行中所有单元中的数据，然后将数据重写到这些单元中以便在取消存取该行之前将电荷水平恢复到其原始状态。因此，读存取实际上是读-恢复操作，并且写操作实际上是读取-修改-恢复操作。

在大多数应用中，使用DRAM控制器来管理DRAM操作细节的复杂度。如果一行存储器单元在操作过程中不能被周期性存取，则这些存储器单元中的电荷可能漏掉而导致数据丢失。DRAM控制器负责通过以足够的频率向DRAM发出刷新（REF）命令来对此进行管理，在该频率下，每个存储器单元在指定的刷新周期期间至少经历一次读取-恢复操作。

在最近几代的DRAM器件中，已经发现了一种称为“行锤击”(row hammering)的干扰机制，其可被试图潜入计算机系统并获得访问权和/或控制权的恶意人员（以下称为“攻击者”，并且通常俗称为“黑客”）利用。这个漏洞是由于当前代的DRAM中更小、更密集包装的存储器单元产生的。由于字线在物理上比前几代更接近，所以相邻字线之间的电容耦合增大。重复激活字线（“目标行”）导致在两个相邻字线（“受害行”）上反复部分激活。这又导致受害行上的单元发生电荷丢失，这会导致一些单元在该行的下一次刷新之前丢失其数据。这种被称为“双重锤击”的变化是一种攻击，其中单个受害行的任一侧上的两个目标行被重复存取，从而更快速地引起干扰。

通常将DRAM集成电路组织成存储体，其允许命令在不同时间被基本上并行地导向不同存储体，从而允许在存储器的不同部分中执行多个同时操作。典型地，为了对存储体执行存取操作（读取或写入），通过对该存储体发出行激活命令（ACT）并指定该存储体中的特定行地址来激活（或“打开”）该行。这允许在位于该行的存储器列地址执行连续的读取和/或写入操作。当对一行的存取完成时，必须通过向该存储体发出预充电命令（PRE）或通过一次向所有存储体发出预充电全部命令（PREA）来将该行停用（或“关闭”-也称为预充电）。

行锤击可能涉及将ACT命令和具有自动预充电命令（RDA）的读取的重复对发布到试图改变相邻受害行中的一行中的数据的特定目标行（或多个行）。RDA命令对该行执行正常读取命令（RD）与紧随其后的预充电（“自动预充电”）的组合。这可能是用来执行行锤攻击最快的方法而不会明显（因此不容易检测到），因为没有读或写操作的一系列ACT和即刻PRE命令将没有合法的用途。