[发明专利]用于存储元件以提高可靠性的早期错误检测与自动校正技术

说明书

本申请案的实施例涉及用于存储元件以提高可靠性的早期错误检测与自动校正技术。具有错误检测与校正的半导体芯片包含多个管线且每一管线耦合到所述半导体芯片上的一或多个端口。所述半导体芯片进一步包含状态机，所述状态机耦合到所述管线以产生由与多个存储元件相关联的读取型事件及/或扫描型事件组成的若干个事件。所述状态机是以硬件实施且可跨越所述多个存储元件集中地检测并校正错误存储器条目。

技术领域

本发明说明一般来说涉及半导体系统，且特定来说涉及用于存储元件以实现半导体系统中的经提高可靠性的早期错误检测与自动校正技术。

背景技术

在半导体中，存储元件中主要存在两种类型的错误，硬错误及软错误。硬错误是因永久性物理缺陷造成的问题。软错误是导致以意外方式更改所存储数据的临时状况的问题。软错误是因事件而非持久性物理状况导致。软错误可发生在传输线上、数字逻辑、模拟电路、磁性存储装置中及其它处，但在半导体存储装置中最常见，因为错误数据是持久的而在远远更长的时间内导致其它意外结果。软错误率(SER)是装置遭遇软错误的速率。其通常表达为单位时间故障数(FIT)或平均故障间隔时间(MTBF)。FIT是用于量化单位时间故障的单位且等效于每十亿个小时的装置操作一个错误。MTBF通常以装置操作年数为规格。

软错误可因使例如α粒子、宇宙射线及热中子等的辐射离子化而导致。α粒子可因封装中的放射性材料的痕迹衰变造成，且地球表面上的宇宙射线是由例如快中子、质子及介子等的高能次级粒子的射丛组成，所述高能次级粒子是由主要宇宙粒子形成。热中子是因快中子失去其能量并与其周围环境达到热平衡而造成，且可形成例如α粒子、γ射线及锂原子核等的带点粒子，所述带电粒子可在半导体存储装置中造成软错误。软错误还可因随机噪声或者例如电感或电容串扰等信号完整性问题导致。

传统上，如果被检测到，那么软错误可通过重新写入正确数据以取代错误数据来校正。系统可使用错误校正来使用错误校正码(ECC)即时校正软错误。然而，在许多系统中，确定正确数据或甚至发现存在错误可为根本不可能的。另外，在检测或校正可发生之前，系统可能已崩溃，在此情形中，恢复过程必须包含重新启动。可靠系统的一些特性可包含容错性(FT)、高可用性(HA)及灾难恢复(DR)。FT是关于使系统的个别组件具有故障恢复能力，且对于被认为是容错的系统组件来说，任何停机时间均是不可接受的。HA涉及使整个系统作为整体具有故障恢复能力。对于被认为具高可用性的系统来说，仅极少量的停机时间(例如，0.05％(即，99.95％正常运行时间))是可接受的。DR是关于恢复已关闭的系统(无论其是否被认为HA)，从而确保满足HA正常运行时间目标。

宏存储元件(下文中，宏)以硬件实施，本文中描述其一些细节。宏是经预设计存储元件(例如逻辑设计者可在芯片设计中使用的配置存储器)的例示。宏是在晶体管层架处设计且因此就芯片面积及功率消耗来说相当高效。作为宏中的实施方案，列多路复用(columnmultiplexing，C-Muxing)用于确保逻辑条目中的邻近位分散在不同(例如，两个)物理条目中。这又确保多位翻转的程度被限制于小数目，理想地仅一个。举例来说，对于跨越n个位具有单个ECC的逻辑条目，具有CMUX＝1的物理宏使得能够将逻辑条目的偶数位存储于物理位置0中且将逻辑条目的奇数位存储于物理位置1中。这允许检测并校正2位翻转，且检测但不校正3位到5位翻转。

在静态随机存取存储器(SRAM)或静态寄存器文件(SRF)宏中，当宏被读取时，其具有对应ECC的数据内容被存取且进行错误检查。SRF宏通常具有内置列多路复用。因此，如果软错误翻转多个位(例如，2个位)，那么被翻转位不是同一逻辑条目的部分。因此，横跨逻辑条目的单个ECC字段将校正两个逻辑条目中的单位错误。换句话说，逻辑条目中的位翻转仅影响所述特定逻辑条目。