[发明专利]一种缓解相变存储器写干扰的方法及系统

说明书

本公开提供了一种缓解相变存储器写干扰的方法及系统，在位线层面，利用动态查找空闲主存块以确定可回写可靠空闲主存块，实现动态感知；在字线层面，将新数据与预期数据作对比，检测是否有写干扰错误发生，如果出现了写干扰，则进行纠正操作。本公开对PCM存储器的性能和开销做出了一定的平衡，有效缓解了PCM写干扰错误的发生，保证了数据存储的可靠性，从根本上避免了因级联引起的性能损失，减少了PCM的整体性能损失。

技术领域

本公开属于非易失存储器技术领域，涉及一种缓解相变存储器写干扰的方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着大数据时代的到来，对存储器的性能需求也是水涨船高，构建高访问带宽、高缩放性和高密度的主存系统已成为现代计算系统面临的主要挑战。然而，传统的DRAM存储器掉电丢失数据，且密度及缩放性已面临发展瓶颈。这些不足之处限制了DRAM的性能提高，使其无法紧跟大数据存储的脚步。近年来的研究发现，相变存储器(PhaseChangeMemory,PCM)作为一种新兴的非易失存储器，具有较小的读写延迟和良好的缩放性，极具发展前景。较之DRAM，PCM具有非易失(即掉电数据不丢失)、高密度等优势，是最有前途的低功耗主存技术之一。

PCM存储器主要依靠一种相变材料来实现编程，即Ge₂Sb₂Te₅(简称GST)。当GST的编程区域处于完全结晶状态时，PCM单元的阻值大约为10³Ω，当GST的编程区域处于完全熔融状态时，PCM单元的阻值大约为10⁵Ω。由此可见，编程区域状态(晶态或非晶态)不同的PCM单元之间阻值差异较大，足以分别用于表示二进制代码‘1’与‘0’，晶态(低阻态)表示‘1’，非晶态(高阻态)表示‘0’。PCM单元的阻值介于10³Ω～10⁴Ω之间，一般认为存储值为‘1’，阻值介于10⁴Ω～10⁵Ω之间，一般认为存储值为‘0’，其中阻值10⁴Ω正是区分‘1’与‘0’的阈值。PCM单元通过电脉冲实现编程，即写‘1’和写‘0’。向PCM单元施加一个强度较低、持续时间较长的电脉冲(即进行置位操作(SET))，使得温度达到GST的结晶点但低于熔点(大约300℃)，则编程区域会由初始状态(晶态或非晶态)转为晶态，完成写‘1’的操作，该PCM单元存储二进制代码‘1’。向PCM单元施加一个强度较高、持续时间较短的电脉冲(即进行重置操作(RESET))，使得温度达到GST的熔点并迅速淬火(大约600℃)，则编程区域会由初始状态(晶态或非晶态)转为非晶态，完成写‘0’的操作，该PCM单元存储二进制代码‘0’。

PCM有望成为DRAM的替代者，但在编程层面仍存在不足之处。作为高密度主存储器，PCM在20nm技术结点下面临着严重的写干扰问题。写干扰指的是当一个PCM单元x在进行RESET操作时，需要加热器提供高于GST熔点的温度(大约600℃)，在编程期间不可避免地向周围单元散热，且散热的温度高于GST的结晶点但低于熔点(大约300℃)。若邻居单元y存储‘0’(即处于非晶态)，且没有针对该单元的读写操作，那么单元y可能会受到邻居单元x散热的影响，由非晶态转为晶态(因为邻居单元x散热温度足以达到GST的结晶点)，从而改变了单元y的存储值。通过总结可以得出写干扰发生的条件如下：(1)PCM单元y存储‘0’(即非晶态)且处于空闲状态(即无读写操作)；(2)单元y的邻居单元x正在进行RESET操作。写干扰现象会导致更多的单元编程错误，从而降低存储的可靠性。SET操作的散热温度较低，不会对邻居单元造成干扰，故只考虑RESET操作所引起的写干扰。