對(duì)具有有限耐寫(xiě)性的高速緩存的集間損耗矯平的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)一般涉及存儲(chǔ)器和高速緩存。更具體地，本公開(kāi)涉及對(duì)具有有限耐寫(xiě)性的高速緩存的集間損耗矯平。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于可被用于無(wú)線(xiàn)通信或其他應(yīng)用的高速數(shù)字電子器件，使用了非易失性存儲(chǔ)器。然而，非易失性存儲(chǔ)器(諸如電阻性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ReRAM)和相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PCRAM))具有有限的耐寫(xiě)性。耐寫(xiě)性可以被定義為在存儲(chǔ)介質(zhì)變得不可靠之前可被施加于存儲(chǔ)器塊的程序/循環(huán)的數(shù)目，并且一般是通過(guò)估計(jì)該存儲(chǔ)器被用得多頻繁以及多徹底來(lái)計(jì)算的。換句話(huà)說(shuō)，耐寫(xiě)性衡量某個(gè)類(lèi)型的存儲(chǔ)介質(zhì)的服務(wù)壽命。
[0003]損耗矯平是用以延長(zhǎng)存儲(chǔ)介質(zhì)的耐寫(xiě)性(例如，服務(wù)壽命)的技術(shù)，并且是高速緩存設(shè)計(jì)的一部分。一種損耗矯平辦法安排數(shù)據(jù)以使得重寫(xiě)被均勻地跨整個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)分布。以這種方式，不會(huì)有單個(gè)塊由于寫(xiě)循環(huán)的高度集中而發(fā)生故障。其他損耗矯平的辦法可以包括每次寫(xiě)發(fā)生時(shí)就動(dòng)態(tài)更新映射，該映射隨后將被寫(xiě)塊鏈接到新塊。另一個(gè)辦法靜態(tài)地保持這些塊相同而不替換它們，但是周期性地輪轉(zhuǎn)這些塊從而使得這些塊可以被其他數(shù)據(jù)使用。
[0004]對(duì)非易失性存儲(chǔ)器(例如，其也可被用在計(jì)算機(jī)的主存儲(chǔ)器中)的損耗矯平是公知的并且已經(jīng)得到很好的探索。但是，當(dāng)對(duì)片上高速緩存使用損耗矯平時(shí)，通常對(duì)非易失性存儲(chǔ)器采用的傳統(tǒng)損耗矯平辦法顯現(xiàn)出太多的性能開(kāi)銷(xiāo)。因此，高性能開(kāi)銷(xiāo)抑制了損耗矯平技術(shù)對(duì)具有有限耐寫(xiě)性的高速緩存的有效性。
[0005]概述
[0006]根據(jù)本公開(kāi)的一方面，描述了用以對(duì)高速緩存存儲(chǔ)器進(jìn)行集間損耗矯平的高速緩存控制器。該高速緩存控制器包括第一寄存器，該第一寄存器在對(duì)該高速緩存存儲(chǔ)器的高速緩存集的每一次存儲(chǔ)器位置交換操作之后更新，并且每N-1次存儲(chǔ)器位置交換操作就復(fù)位。N是該高速緩存存儲(chǔ)器中的高速緩存集的數(shù)目。該高速緩存控制器進(jìn)一步包括第二寄存器，該第二寄存器在對(duì)該高速緩存存儲(chǔ)器的高速緩存集的每N-1次存儲(chǔ)器位置交換操作之后更新，并且每(N2-N)次存儲(chǔ)器位置交換操作就復(fù)位。第一和第二寄存器可跟蹤這些高速緩存集的邏輯位置和物理位置之間的關(guān)系。
[0007]根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)方面，描述了一種用于對(duì)高速緩存存儲(chǔ)器進(jìn)行集間損耗矯平的方法。該方法包括通過(guò)在對(duì)該高速緩存存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器寫(xiě)操作的次數(shù)達(dá)到閾值時(shí)對(duì)高速緩存集執(zhí)行存儲(chǔ)器位置交換操作來(lái)動(dòng)態(tài)地輪轉(zhuǎn)該高速緩存存儲(chǔ)器的這些高速緩存集。每個(gè)交換操作可以包括僅清除來(lái)自經(jīng)交換高速緩存集的內(nèi)容，而保持其他高速緩存集的存儲(chǔ)器內(nèi)容完好。該方法還包括跟蹤這些經(jīng)交換高速緩存集以將邏輯高速緩存集號(hào)轉(zhuǎn)換成物理高速緩存集號(hào)。
[0008]根據(jù)本公開(kāi)的進(jìn)一步方面，描述了用以對(duì)高速緩存存儲(chǔ)器進(jìn)行集間損耗矯平的高速緩存控制器。該高速緩存控制器包括用于通過(guò)在對(duì)高速緩存存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器寫(xiě)操作的次數(shù)達(dá)到閾值時(shí)對(duì)高速緩存集執(zhí)行存儲(chǔ)器位置交換操作來(lái)動(dòng)態(tài)地輪轉(zhuǎn)該高速緩存存儲(chǔ)器的高速緩存集的裝置。每個(gè)交換操作可以包括僅清除來(lái)自經(jīng)交換高速緩存集的內(nèi)容，而保持其他高速緩存集的存儲(chǔ)器內(nèi)容完好。該高速緩存控制器進(jìn)一步包括用于跟蹤這些經(jīng)交換高速緩存集以將邏輯高速緩存集號(hào)轉(zhuǎn)換成物理高速緩存集號(hào)的裝置。
[0009]根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)方面，描述了一種用于對(duì)高速緩存存儲(chǔ)器進(jìn)行集間損耗矯平的方法。該方法包括通過(guò)在對(duì)該高速緩存存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器寫(xiě)操作的次數(shù)達(dá)到閾值時(shí)對(duì)高速緩存集執(zhí)行存儲(chǔ)器位置交換操作來(lái)動(dòng)態(tài)地輪轉(zhuǎn)該高速緩存存儲(chǔ)器的高速緩存集的步驟。每個(gè)交換操作可以包括僅清除來(lái)自經(jīng)交換高速緩存集的內(nèi)容，而保持其他高速緩存集的存儲(chǔ)器內(nèi)容完好。該方法還包括跟蹤這些經(jīng)交換高速緩存集以將邏輯高速緩存集號(hào)轉(zhuǎn)換成物理高速緩存集號(hào)的步驟。
[0010]這已較寬泛地勾勒出本公開(kāi)的特征和技術(shù)優(yōu)勢(shì)以便下面的詳細(xì)描述可以被更好地理解。本公開(kāi)的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在下文描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該領(lǐng)會(huì)，本公開(kāi)可容易地被用作修改或設(shè)計(jì)用于實(shí)施與本公開(kāi)相同的目的的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，這樣的等效構(gòu)造并不脫離所附權(quán)利要求中所闡述的本公開(kāi)的教導(dǎo)。被認(rèn)為是本公開(kāi)的特性的新穎特征在其組織和操作方法兩方面連同進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)在結(jié)合附圖來(lái)考慮以下描述時(shí)將被更好地理解。然而，要清楚理解的是，提供每一幅附圖均僅用于解說(shuō)和描述目的，且無(wú)意作為對(duì)本公開(kāi)的限定的定義。
[0011]附圖簡(jiǎn)述
[0012]為了更全面地理解本公開(kāi)，現(xiàn)在結(jié)合附圖參閱以下描述。
[0013]圖1是根據(jù)本公開(kāi)的一方面的示例高速緩存存儲(chǔ)器的示圖，該示例高速緩存存儲(chǔ)器包括用于該高速緩存存儲(chǔ)器的損耗矯平的高速緩存控制器。
[0014]圖2是示出根據(jù)本公開(kāi)的一方面的用于損耗矯平的示例輪轉(zhuǎn)的示圖。
[0015]圖3是示出根據(jù)本公開(kāi)的一方面的損耗矯平的操作的邏輯流程圖。
[0016]圖4是示出根據(jù)本公開(kāi)的一方面的損耗矯平的操作的邏輯流程圖。
[0017]圖5是解說(shuō)根據(jù)本公開(kāi)的一方面的用于損耗矯平的方法的過(guò)程流程圖。
[0018]圖6是解說(shuō)根據(jù)本公開(kāi)的一方面的用于損耗矯平的方法的過(guò)程流程圖。
[0019]圖7是示出其中可有利地采用本公開(kāi)的配置的示例性無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的框圖。
[0020]圖8是解說(shuō)根據(jù)一種配置的用于半導(dǎo)體組件的電路、布局、以及邏輯設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)工作站的框圖。
[0021]詳細(xì)描述
[0022]以下結(jié)合附圖闡述的詳細(xì)描述旨在作為各種配置的描述，而無(wú)意表示可實(shí)踐本文中所描述的概念的僅有的配置。本詳細(xì)描述包括具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)各種概念的透徹理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的是，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)也可實(shí)踐這些概念。在一些實(shí)例中，以框圖形式示出眾所周知的結(jié)構(gòu)和組件以避免煙沒(méi)此類(lèi)概念。如本文所述的，術(shù)語(yǔ)“和/或”的使用旨在代表“可兼性或”，而術(shù)語(yǔ)“或”的使用旨在代表“排他性或”。
[0023]存儲(chǔ)器(諸如靜態(tài)隨機(jī)存取(SRAM)和嵌入式動(dòng)態(tài)RAM(eDRAM))通常被用于現(xiàn)代微處理器中的片上高速緩存設(shè)計(jì)。現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)和設(shè)備還規(guī)定更大的片上高速緩存，但是傳統(tǒng)SRAM或eDRAM高速緩存的可伸縮性正日益受技術(shù)局限性(諸如，泄漏功率和單元密度)所束縛。近來(lái)，新的非易失性存儲(chǔ)器(NVM)技術(shù)(諸如舉例而言，相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、自旋轉(zhuǎn)移矩RAM、以及電阻性RAM)已經(jīng)被探索作為有望用于片上高速緩存的替代性存儲(chǔ)器技術(shù)。相比于傳統(tǒng)存儲(chǔ)器(諸如SRAM和eDRAM)，這些新興的非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)具有高密度、低待機(jī)功率、低電壓、更好可伸縮性以及非易失性的共同優(yōu)勢(shì)。然而，對(duì)它們的采用受到它們有限的耐寫(xiě)性的妨礙。這個(gè)問(wèn)題將會(huì)被現(xiàn)有的高速緩存管理策略所放大，結(jié)果導(dǎo)致高速緩存塊上失衡的寫(xiě)業(yè)務(wù)，因?yàn)榇祟?lèi)策略并不知曉寫(xiě)差異。這些策略原先是被設(shè)計(jì)用于SRAM高速緩存的，并且結(jié)果導(dǎo)致在向高速緩存塊的寫(xiě)入方面的顯著的非均一性，這使得被繁重地寫(xiě)入的高速緩存塊比絕大多數(shù)其他塊產(chǎn)生故障要快得多或早得多。
[0024]許多損耗矯平技術(shù)已被提議以用于延長(zhǎng)非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)的壽命，但是高速緩存與主存儲(chǔ)器操作機(jī)制之間的差異使得用于非易失性存儲(chǔ)器的現(xiàn)有損耗矯平技術(shù)不勝任用于非易失性高速緩存。為了解決這些問(wèn)題并且減少集間寫(xiě)差異，提供了交換移位方案以減少非易失性存儲(chǔ)器高速緩存的集間寫(xiě)差異。該方案具有非常小的硬件開(kāi)銷(xiāo)，其僅使用一個(gè)全局計(jì)數(shù)器和兩個(gè)全局寄存器。通過(guò)采用這種方案，低級(jí)片上非易失性存儲(chǔ)器高速緩存的壽命能被改善。
[0025]在使用具有有限耐寫(xiě)性的非易失性存儲(chǔ)器來(lái)設(shè)計(jì)任何高速緩存或存儲(chǔ)器子系統(tǒng)時(shí)，寫(xiě)差異是一個(gè)重要的考慮因素。大的寫(xiě)差異可以很大程度上使得產(chǎn)品壽命降級(jí)，因?yàn)橹灰恍∽蛹慕?jīng)歷了最差情形寫(xiě)業(yè)務(wù)的存儲(chǔ)器單元就能夠?qū)е滤谰彺婊虼鎯?chǔ)器子系統(tǒng)，即便在大部分單元還遠(yuǎn)沒(méi)有被用壞時(shí)亦是如此。
[0026]圖1是根據(jù)本公開(kāi)的一方面的示例性高速緩存存儲(chǔ)器100的示圖，該高速緩存存儲(chǔ)器100包括用于高速緩存存儲(chǔ)器100的集間損耗矯平的高速緩存控制器140。高速緩存存儲(chǔ)器100包括頁(yè)號(hào)102、集號(hào)140、字節(jié)號(hào)106、高速緩存路108、標(biāo)記部分110、數(shù)據(jù)部分112、高速緩存塊114、高速緩存集116、標(biāo)記感測(cè)放大器118a、數(shù)據(jù)感