近似多層單元存儲器操作的制作方法
【專利說明】近似多層單元存儲器操作
[0001]背景
[0002]多層單元(MLC)是一種能夠存儲不止單個位的信息的存儲器元件。諸如MLC閃存和MLC相變存儲器(PCM)之類的MLC存儲器通常以迭代方式來讀和寫。PCM也被稱為PCME、PRAM、PCRAM、奧弗辛斯基電效應(yīng)統(tǒng)一存儲器存儲器、硫?qū)倩颮AM以及C-RAM。編程步驟后通常接著校驗(yàn)步驟，該校驗(yàn)步驟校驗(yàn)所預(yù)期的值是否存儲在特定地址。
[0003]例如，MLC NAND閃存存儲器是一種使用每個單元多個層的MLC閃存技術(shù)，該技術(shù)允許多個位用相同數(shù)量個晶體管來存儲。典型的MLC NAND閃存存儲器具有每個單元四種可能狀態(tài)或值，因此該單元可存儲兩位的信息。
[0004]MLC PCM存儲器是一類非易失性存儲器，其使用具有兩種狀態(tài)(即結(jié)晶和非晶)的半導(dǎo)體合金。每種狀態(tài)下材料的量改變MLC PCM存儲器單元的電阻。MLC PCM存儲器使用半導(dǎo)體合金的各種電阻來存儲每一個二進(jìn)制位以對各個單元值編程。每個位值的相位以及因此的電阻值通過向地址施加電壓來控制，使得電流可改變相位及所代表的值。
[0005]概述
[0006]本技術(shù)放寬了 MLC存儲器的存儲器操作(諸如寫入或讀取)的精準(zhǔn)性(或完整數(shù)據(jù)正確性保證)要求，使得應(yīng)用可寫入和讀取作為近似值的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。MLC存儲器的類型包括閃存MLC和MLC相變存儲器(PCM)以及其它電阻式技術(shù)。許多軟件應(yīng)用可能不需要通常被用于存儲和讀取數(shù)據(jù)值的準(zhǔn)確性或精準(zhǔn)性。例如，應(yīng)用可以在相對低的色彩范圍顯示器上渲染圖像并且可不需要對于每個像素的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)值?？梢匀菰S錯誤的其它類型的數(shù)據(jù)包括音頻數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和/或傳感器數(shù)據(jù)。在各個實(shí)施例中，通過放寬存儲器操作的精準(zhǔn)性或正確性要求，MLC存儲器可具有提高的性能(減小的延時)、壽命(增加的故障前寫入或讀取次數(shù))、密度和/或能量效率。
[0007]典型地，通過確定來自MLC單元的感測到的模擬信號是否落在模擬值(閃存MLC中的電壓或電荷以及PCM中的電阻)的一范圍內(nèi)來標(biāo)識MLC存儲器中的每個數(shù)字值。當(dāng)寫入電路嘗試將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值存儲在MLC存儲器單元中時，寫入電路嘗試存儲非常接近于將與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值對應(yīng)的模擬值的范圍的中點(diǎn)或落在模擬值的目標(biāo)范圍內(nèi)的模擬值。類似地，當(dāng)讀取電路嘗試讀取MLC存儲器單元中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值時，讀取電路嘗試讀取非常接近于將與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值對應(yīng)的模擬值的范圍的中點(diǎn)或落在模擬值的目標(biāo)范圍內(nèi)的模擬值。
[0008]當(dāng)寫入(或讀取)作為近似值的數(shù)字值到MLC存儲器時，針對MLC存儲器的模擬值的目標(biāo)范圍被增大，使得寫入的模擬值可落在針對MLC存儲器的可能值的范圍以及可能導(dǎo)致錯誤寫入值的毗鄰MLC存儲器的可能值的范圍中。
[0009]在一個實(shí)施例中，通過減少向MLC存儲器寫入或從MLC存儲器讀取中使用的迭代的次數(shù)來放寬精準(zhǔn)性要求。通過增加在每次寫入迭代時改變MLC存儲器中單元的值的量，寫入操作變得更快。用于在迭代期間在MLC存儲器中寫入數(shù)據(jù)值的能量量或預(yù)定模擬值(諸如預(yù)定的電壓或電流量)可被增大。增大的預(yù)定模擬值可以是具有大的值和/或歷時的增大的編程脈沖。增加的預(yù)定模擬寫入值減少了在表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值的信號被感測到處于值的目標(biāo)范圍之間之前所需的迭代次數(shù)。表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值的信號可以更少的迭代到達(dá)值的目標(biāo)范圍，但更少的迭代也可能增加錯誤的概率。MLC存儲器的能量和磨損可通過拓寬寫入MLC存儲器時使用的預(yù)定模擬值的范圍而減少。
[0010]在另一實(shí)施例中，在編程之后不感測表示數(shù)字值的信號，而是在不采用任何感測或校驗(yàn)步驟的情況下施加預(yù)定數(shù)目的編程脈沖。
[0011]在另一實(shí)施例中，通過減少寫入操作中迭代的次數(shù)使得被用于寫入操作的模擬信號處于可能被用于存儲數(shù)字值的模擬值的更外側(cè)分布，對MLC的寫入操作變得更快并且具有更低的能量要求。換言之，與寫入作為精準(zhǔn)值的數(shù)據(jù)值相比，使用了更大目標(biāo)范圍的可能模擬值，并且在該目標(biāo)范圍的開始處的模擬值(或閾值)被使用。在這一實(shí)施例中，MLC存儲器上的磨損可被減少。
[0012]在另一實(shí)施例中，通過完成足以確定正被讀取的模擬值的大致附近的迭代，讀取操作消耗更少的能量。類似于寫入操作，使用了更大目標(biāo)范圍的可能模擬值，并且該更大目標(biāo)范圍的開始處的模擬值被用來標(biāo)識對應(yīng)于特定數(shù)字值的讀取模擬值。存儲器延時可被改善，并且當(dāng)讀取操作影響磨損時，磨損可被改善。在一個實(shí)施例中，當(dāng)對一個單元的讀取操作可能擾亂其它附近單元的值時，較少的讀取迭代還可降低擾亂附近單元的值的概率。
[0013]在另一實(shí)施例中，作出對可表示具有預(yù)定分布的兩個值中的一個值的讀取模擬信號遵循預(yù)描繪的分布的概率確定。在一個實(shí)施例中，根據(jù)每個概率分布的相對密度來提供特定數(shù)字值。
[0014]—個方法實(shí)施例將近似值存儲在多層存儲器單元中。接收表示要被存儲在多層單元中的第一數(shù)字值的第一信號。還接收指示第一數(shù)字值要作為近似值被寫入多層單元中的第一信號。至少一個編程脈沖被提供給多層單元，直到來自多層單元的第一感測到的模擬值處于值的第一范圍內(nèi)。接收表示要被存儲在多層單元中的第二數(shù)字值的第二信號。還接收指示第二數(shù)字值要作為精準(zhǔn)值被寫入多層單元中的第二信號。至少一個編程脈沖被提供給多層單元，直到來自多層單元的第二感測到的模擬值處于值的第二范圍內(nèi)。值的第一范圍比值的第二范圍寬。
[0015]—個裝置實(shí)施例包括至少一個控制器，用于提供表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值的信號以及指示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值是否要作為近似值存儲到至少一個多層單元存儲器的信號。多層單元存儲器包括接口，用于接收表示該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值的信號以及該指示該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值是否要作為近似值存儲的信號。當(dāng)信號指示數(shù)據(jù)值要被存儲為近似值時，寫入電路向該多層單元提供第一多個預(yù)定值，使得第一模擬值被存儲在該多層單元中，其處于表示該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值的模擬值的第一范圍中。當(dāng)信號指示數(shù)據(jù)值不被作為近似值存儲時，寫入電路向該多層單元提供第二多個預(yù)定值，使得第二模擬值被存儲在該多層單元中，其表示處于模擬值的第二范圍中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。模擬值的第一范圍比模擬值的第二范圍寬。
[0016]在另一實(shí)施例中，至少一個處理器可讀存儲器具有在其上編碼的處理器可讀指令。該指令在由至少一個處理器執(zhí)行時執(zhí)行一種用于讀取多層存儲器單元的陣列中的近似值和精準(zhǔn)值方法。方法包括輸出控制信息以讀取多層單元陣列中的第一多層單元處的精準(zhǔn)值。從第一多層單元接收對應(yīng)于該精準(zhǔn)值的第一數(shù)字值。通過確定來自第一多層單元的模擬值是否位于模擬值的第一范圍之間來獲得第一數(shù)字值。還輸出用以從多層單元陣列中的第一多層單元讀取近似值的控制信息。接收對應(yīng)于該近似值的第二數(shù)字值。通過確定來自第一多層單元的模擬信號是否位于模擬值的第二范圍之間來獲得第二數(shù)字值。模擬值的第二范圍比模擬值的第一范圍寬。
[0017]提供概述以便以簡化形式介紹將在以下詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述的一些概念的選集。該概述不意圖標(biāo)識所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或基本特征，也不意圖被用來幫助確定所要求保護(hù)的主題的范圍。
[0018]附圖簡述
[0019]圖1是給MLC存儲器提供近似存儲器操作的計(jì)算設(shè)備的高級框圖。
[0020]圖2解說了執(zhí)行近似存儲器操作和精準(zhǔn)存儲器操作的MLC存儲器的高級框圖。
[0021]圖3解說了具有存儲為精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)和存儲為近似數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的MLC存儲器。
[0022]圖4A — 4B解說了與將數(shù)據(jù)存儲和讀取為精準(zhǔn)數(shù)據(jù)和近似數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的模擬值的概率和目標(biāo)范圍。
[0023]圖5A — C概念性地解說了寫入或讀取作為近似數(shù)據(jù)和精準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)值。
[0024]圖6A — C是寫入和讀取作為近似數(shù)據(jù)和精準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲的值的流程圖。
[0025]圖7是示例性游戲和媒體系統(tǒng)的立體圖。
[0026]圖8是游戲和媒體系統(tǒng)的各組件的示例性功能框圖。
[0027]圖9示出網(wǎng)絡(luò)可接入計(jì)算設(shè)備的一個實(shí)施例的框圖。
[0028]詳細(xì)描述
[0029]本技術(shù)放寬了多層單元(MLC)存儲器的存儲器操作(諸如寫入或讀取)的精準(zhǔn)性要求，使得應(yīng)用可存儲和讀取作為近似值的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。通過擴(kuò)大可能引入錯誤的對應(yīng)模擬值的目標(biāo)范圍，減少了用于寫入MLC存儲器或從MLC存儲器讀取的迭代的次數(shù)。寫入迭代期間改變MLC存儲器的值的量也可被增大，這也可減少寫入迭代的次數(shù)。還可對可表示一組值中的一個的讀取模擬信號進(jìn)行概率確定。通過放寬對存儲器操作的精準(zhǔn)性或完整數(shù)據(jù)正確性保證，MLC存儲器可具有提高的性能、壽命、密度和/或能量效率。
[0030]存儲器操作(諸如寫入或讀取)通常要求完整數(shù)據(jù)正確性保證(例如，精準(zhǔn)性)。具有完整數(shù)據(jù)正確性保證的存儲器操作指的是完成存儲器操作使得數(shù)據(jù)的所有或基本上所有的位被正確地寫入或讀取。然而，在全部時間的基礎(chǔ)上采用完整數(shù)據(jù)正確性保證的存儲器操通常對于許多計(jì)算設(shè)備來說是不現(xiàn)實(shí)的。硬件(例如具有多層單元的存儲器)通常提供對于錯誤糾正的強(qiáng)有力保證。軟件通常依賴于存儲器設(shè)備來維持完整數(shù)據(jù)糾錯保證。在相關(guān)聯(lián)的存儲器電路和軟件上需要這種對于存儲器的依賴。這一需要可導(dǎo)致存儲器操作地更慢并且消耗更多能量?？赡芨愕氖?，存儲器還可能遭受更短的使用壽命。例如，由于需要更大數(shù)量的寫入迭代，精準(zhǔn)MLC閃存存儲器操作可導(dǎo)致更快的磨損殆盡。
[0031]存儲器通常要求的完整數(shù)據(jù)正確性保證(例如具有努力維持?jǐn)?shù)據(jù)的所有位的精準(zhǔn)性的精準(zhǔn)存儲器操作)并不總是為軟件應(yīng)用所需要的。一些軟件應(yīng)用可在其一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中中容忍錯誤，諸如舉例而言圖片數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)和/或用戶決定存儲的大部分其它數(shù)據(jù)。計(jì)算設(shè)備可通過將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲為近似值來處理這些類型的數(shù)據(jù)，同時在處理數(shù)據(jù)期間在用戶體驗(yàn)方面維持幾乎沒有任何可感知的差異。替代地，當(dāng)不想要數(shù)據(jù)中的錯誤時，應(yīng)用可能需要精準(zhǔn)地存儲數(shù)據(jù)(具有完整數(shù)據(jù)正確性保證)。計(jì)算設(shè)備可通過在存儲器操作期間將數(shù)字值存儲和讀取為具有完整數(shù)據(jù)正確性保證的數(shù)字值來處理這些設(shè)備。
[0032]圖1是計(jì)算設(shè)備100的高級框圖，計(jì)算設(shè)備100將數(shù)字值作為近似值寫入到MLC存儲器101或者從MLC存儲器101讀取。在替代實(shí)施例中，計(jì)算設(shè)備100還將數(shù)字值作為精準(zhǔn)值寫入到MLC存儲器101或者從MLC存儲器101讀取。