專利名稱：非易失性存儲器的溫度警報和低速率刷新的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例大體上涉及例如計算機和電信設備等專用電子裝置的領域。更確切地說，這些實施例涉及用于擴展非易失性存儲器的操作溫度范圍的產品、系統(tǒng)和方法。
背景技術：
非易失性存儲器(“NVM”)用于許多電子裝置中，包含計算機、視頻游戲控制臺、電信裝置等。操作溫度會影響NVM的質量和可靠性。舉例來說，NVM的操作溫度可能限于_25°C 到85°C的范圍，且NVM的質量和可靠性特性可基于在85°C下操作10年而定義。利用NVM的裝置(例如，蜂窩式電話)因為包含了例如全球定位和地圖繪制、流式視頻、視頻游戲等特征而增加了其對性能的需求。為了支持這些特征，銷售商正在增加裝置的“每秒指令”性能和時鐘頻率。因此，裝置的內部溫度也在提高，從而導致存儲器結溫度相應提高。此外，如封裝上封裝(“POP”)、多芯片封裝(“MCP”)和真硅通孔(“TSV”)等封裝方案增加了熱耦合。此外，相變存儲器(“PCM”)技術受到熱驅動，且因此對溫度變化更加敏感。


附圖的圖中舉例且不加限制地圖解說明本發(fā)明的實施例，附圖中相同元件符號指示相似元件，且其中圖1是實施本發(fā)明的實施例的示范性裝置的框圖。圖2是包含根據(jù)本發(fā)明的實施例的用以起始非易失性存儲器的刷新的模塊的高級框圖。圖3是包含根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的用以起始非易失性存儲器的刷新的模塊的高級框圖。圖4是包含根據(jù)本發(fā)明的另一替代實施例的用以起始非易失性存儲器的刷新的模塊的高級框圖。圖5是非易失性存儲器的隨時間的示范性溫度的圖形表示。圖6是展示根據(jù)本發(fā)明的實施例的用以使非易失性存儲器刷新與主機同步的刷新寄存器的示范性值的表格。圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例的非易失性存儲器的隨時間的示范性溫度和對應的刷新寄存器值的圖形表示。
具體實施例方式本發(fā)明描述用于測量非易失性存儲器(“NVM”)內的溫度且在所述溫度超過閾值溫度歷時一時間周期時刷新NVM的至少一部分的方法和設備。刷新NVM確保了在高溫下操作時NVM內存儲的數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。本發(fā)明的實施例擴展了 NVM技術的操作溫度范圍以符合 DRAM規(guī)范的溫度密集需求、來自應用程序的增加的需求和無線系統(tǒng)要求。對于一個實施例，刷新操作包括驗證或讀取操作，隨后是擦除(如果需要的話)和編程脈沖或寫入操作。除非根據(jù)以下論述顯而易見另有具體聲明，否則應了解，在說明書通篇中，利用例如“處理”、“運算”、“計算”、“確定”等術語的論述是指計算機、計算系統(tǒng)或類似電子計算裝置的動作或過程，其操縱在計算系統(tǒng)的寄存器和/或存儲器內表示為物理(例如電子)量的數(shù)據(jù)和/或將其變換為在計算系統(tǒng)的存儲器、寄存器或其它此類信息存儲裝置、傳輸或顯示裝置內類似地表示為物理量的其它數(shù)據(jù)。圖1是實施本發(fā)明的實施例的示范性裝置的框圖。存儲器100可包含一種或一種以上不同類型的存儲器。對于一個實施例，存儲器100包含易失性存儲器105和NVM 110。 對于替代實施例，存儲器100僅包含NVM 110。對于一個實施例，NVM 110為相變存儲器(“PCM”)，其也可稱為相變隨機存取存儲器(“PRAM”或“PCRAM”)、雙向統(tǒng)一存儲器(“0UM”)或硫族化物隨機存取存儲器 (“C-RAM”)。對于替代實施例，NVM 110為磁阻隨機存取存儲器(“MRAM”)、鐵電隨機存取存儲器(FRAM)、快閃存儲器、可擦除可編程只讀存儲器(“EPR0M”)、電可擦除可編程只讀存儲器(“EEPR0M”)或其它非易失性存儲器。非易失性存儲器105和NVM 110可在堆疊過程中組合以減小板上的占據(jù)面積、分開封裝或放置在多芯片封裝中，其中存儲器組件100放置在存儲器控制器115或一個或一個以上處理器核心125之上。對于一個實施例，存儲器100使用封裝上封裝120堆疊技術與存儲器控制器115組合。存儲器控制器115管理與存儲器100有關的主要功能，包含讀取請求、寫入請求和存儲器刷新。對于一個實施例，存儲器控制器115和處理器核心125是同一封裝(處理器 130)的一部分，或者存儲器控制器115集成在處理器核心125內——即處理器核心125充當存儲器控制器115。對于替代實施例，存儲器控制器115和處理器核心125分開封裝。對于另一實施例，處理器核心125中的一者或一者以上嵌入有NVM 110(未圖示)。對于又一實施例，處理器130包含存儲器控制器115，而沒有一個或一個以上處理器核心125。對于一個實施例，處理器核心125連接到輸入/輸出模塊135。輸入/輸出模塊 135負責將數(shù)據(jù)傳遞到裝置和/或從裝置傳遞數(shù)據(jù)。對于一個實施例，輸入/輸出模塊135 包含用于移動通信裝置的例如射頻(“RF”)收發(fā)器等無線收發(fā)器。因此，裝置可作為蜂窩式裝置或在無線網(wǎng)絡中操作的裝置而操作，所述無線網(wǎng)絡例如是提供基于IEEE 802. 11規(guī)范的無線局域網(wǎng)(WLAN)的基礎技術的無線保真度(Wi-Fi)、基于IEEE 802. 16-2005的WiMax 和移動WiMax、寬帶碼分多址(WCDMA)和全球移動通信系統(tǒng)(GSM)網(wǎng)絡，但本發(fā)明不限于僅在這些網(wǎng)絡中操作。對于一個實施例，輸入/輸出模塊135提供有線連接以(例如)與另一裝置(外部或可裝卸存儲器等)通信。對于一個實施例，存儲器100存儲在裝置操作期間由存儲器控制器115(或處理器 130)執(zhí)行的指令。對于一個實施例，存儲器100存儲用戶數(shù)據(jù)，例如當要發(fā)射消息或要發(fā)射實際數(shù)據(jù)時的條件。舉例來說，存儲在存儲器100中的指令執(zhí)行無線通信，提供裝置的安全功能性、例如日歷、電子郵件、因特網(wǎng)瀏覽等用戶功能性。圖2是包含根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用以起始NVM 110的刷新的模塊的高級框圖。溫度傳感器200測量NVM 110內的結溫度(例如，存儲器的硅溫度)。瞬時溫度會影響例如備用電流、CMOS裝置的飽和電流等電參數(shù)。隨時間的結溫度會影響存儲器單元的保持力。對于一個實施例，當NVM 110的溫度超過閾值溫度歷時一時間周期時，刷新 NVMllO的至少一部分。對于一個實施例，閾值溫度或時間周期是在存儲器控制器115或存儲器100的制造時設定。對于一個實施例，閾值溫度或時間周期是可編程的，且可由系統(tǒng)制造商、中間商或由最終用戶設定。對于一個實施例，溫度傳感器200實施在NVM 110內。如果NVM 110的溫度超過閾值溫度，則計時器205開始追蹤在閾值溫度以上經(jīng)過的時間量。對于一個實施例，計時器 205利用系統(tǒng)時鐘。對于替代實施例，計時器205利用與系統(tǒng)時鐘分開的時鐘、鎖相回路或其它已知的參考信號。以兩種粒度級別追蹤溫度超過閾值溫度的時間量。舉例來說，第一粒度級別和第二粒度級別可分別追蹤以分鐘和十分鐘、分鐘和小時、小時和天、天和星期等計的時間量。 對于一個實施例，在存儲于易失性存儲器105中的易失性計數(shù)器210內追蹤第一粒度級別， 且在存儲于NVM 110中的非易失性計數(shù)器215內追蹤第二粒度級別。如果發(fā)生將導致易失性存儲器105中的信息丟失的事件(例如，功率損耗、關機等)，則存儲于易失性計數(shù)器210 中的不太重要的粒度級別將丟失，但存儲于非易失性計數(shù)器215中的較重要的粒度級別保
&3 甶ο每當計時器205達到第一粒度級別的額外單位時，易失性計數(shù)器210便遞增。當溫度傳感器200確定NVM 110的瞬時結溫度已下降到閾值溫度以下時，計時器205停止。但是，計數(shù)器維持進行中的計數(shù)，且每當NVM 110的瞬時結溫度再次上升到閾值溫度以上時， 計時器205將重新開始。每當易失性計數(shù)器210達到第二粒度級別的單位時，非易失性計數(shù)器215便遞增。 最后，當非易失性計數(shù)器215達到閾值時間周期時，觸發(fā)NVM 110的至少一部分的刷新220。 對于一個實施例，刷新220是發(fā)送到存儲器控制器115的觸發(fā)信號，存儲器控制器又執(zhí)行 NVM 110的刷新。對于替代實施例，刷新220引起存儲于NVM 110內的寄存器值的設定。系統(tǒng)(存儲器控制器115或處理器130，例如其執(zhí)行來自軟件或固件的指令)周期性監(jiān)視寄存器值，且在寄存器值經(jīng)設定以觸發(fā)刷新(如下文進一步論述)的情況下執(zhí)行NVM 110的刷新。另外，可使用瞬時結溫度來設定可由軟件或由存儲器控制器115存取的寄存器值，以通知系統(tǒng)關于存儲器的高溫級別。然后，系統(tǒng)準備就緒以響應于在高溫下操作而減免一些關鍵的計時。圖3是包含根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的用以起始NVM 110的刷新的模塊的高級框圖。類似于圖2所示的實施例，溫度傳感器300觸發(fā)計時器305，且在易失性計數(shù)器315和非易失性計數(shù)器325中以兩種粒度級別來追蹤NVM 110在閾值溫度以上所經(jīng)過的時間量。 如果達到閾值時間量，則觸發(fā)刷新330。然而，對于此替代實施例，添加階躍模塊310和320。 階躍模塊310和320用于在溫度達到較高(或較關鍵)級別時提高刷新操作的頻率。階躍模塊310和320提供對計數(shù)器315和325的一者或兩者的加權效應。因此， 可設定多個閾值溫度。在每一提高的操作溫度級別下，階躍模塊310和320的一者或兩者充當計數(shù)的倍增器或以其它方式增加計時器305的計數(shù)(在其觸發(fā)易失性計數(shù)器315的計數(shù)時)或增加易失性計數(shù)器315的計數(shù)(在其觸發(fā)非易失性計數(shù)器325的計數(shù)時)?；蛘?，階躍模塊310和320的一者或兩者分別用以控制計數(shù)器315和325的觸發(fā)級別。當達到提高的操作溫度級別時，第一和第二粒度級別的閾值級別降低。對于替代實施例，存儲器控制器115或處理器130監(jiān)視參考存儲器單元因高溫暴露而發(fā)生的降級，以確定何時刷新NVM 110的至少一部分。參考單元表示所有存儲器陣列單元的最差情況——即，其將在由于高操作溫度而發(fā)生降級的第一存儲器單元中。對于一個實施例，如果所存儲的值已越過閾值級別，則確定參考存儲器單元已降級。舉例來說，監(jiān)視在存儲器單元被讀取時穿過所述存儲器單元的電荷電平(例如， 測量到的電壓、電阻和電壓等)。在具有兩種存儲器狀態(tài)(“1”和“0”)的裝置中，如果電荷超過50%的閾值，則其具有值1。當電荷低于50%的閾值時，值為0。對于一個實施例， 設定參考存儲器單元以維持一致的值，且將參考單元閾值設定成比普通狀態(tài)變化閾值更加敏感——例如，在以上實例中，50 %的閾值將是普通的，且40 %或60 %的參考單元閾值將更加敏感，這取決于存儲于參考單元中的一致值。如果確定參考存儲器單元的值已越過參考單元閾值，則應起始刷新以阻止NVM 110降級或進一步降級。對于一個實施例，在制造時設定閾值水平，由用戶編程閾值水平等。雖然以上實例僅包含了兩種存儲器狀態(tài)，但參考單元和NVM 110可存儲三種或三種以上存儲器狀態(tài)，且包含多個閾值以在多個狀態(tài)之間進行區(qū)分。圖4是包含根據(jù)本發(fā)明的另一替代實施例的用以起始NVM 110的刷新的模塊的高級框圖。類似于圖2和圖3所示的實施例，溫度傳感器400測量NVM 110內的結溫度。如果NVM 110的溫度超過閾值溫度，則計時器405開始追蹤在閾值溫度以上經(jīng)過的時間。如果溫度下降到閾值溫度以下，則計時器405停止追蹤時間。觸發(fā)器邏輯410通過累加地組合溫度傳感器400所測量的瞬時溫度與計時器405所測量的相關聯(lián)時間或計數(shù)來計算結溫度的積分。如果結溫度的積分超過了積分閾值，則觸發(fā)器邏輯410觸發(fā)NVMllO的至少一部分的刷新。因此，在閾值溫度以上的溫度下經(jīng)過的時間和閾值溫度以上的溫度量兩者均充當NVM 110的刷新頻率中的因子。對于一個實施例，如果結溫度的積分未超過積分閾值，則將積分值存儲于NVM 110 內。下次當NVM 110的溫度超過閾值溫度時，便將前一積分溫度與當前積分相加以確定何時觸發(fā)NVM 110的刷新。對于一個實施例，溫度傳感器400、計時器405和觸發(fā)器邏輯410實施于NVM 110 內。或者，計時器405和觸發(fā)器邏輯410中的一者或兩者實施于存儲器控制器115(或處理器130)內。對于一個實施例，系統(tǒng)額外地基于存儲器規(guī)范和系統(tǒng)條件在不使用觸發(fā)器邏輯的情況下起始刷新操作。舉例來說，可即使從未超過閾值溫度也每個星期刷新存儲器一次，或者基于裝置的年齡而周期性刷新存儲器。圖5是NVM 110的隨時間的示范性溫度的圖形表示。參看圖2和圖5，計時器205 追蹤在閾值溫度Tcl以上經(jīng)過的時間量tl. I、t2. 1和t3. 1。當非易失性計數(shù)器215在tl. 1、 t2. 1和t3. 1的追蹤內達到閾值時間周期時，觸發(fā)NVM 110的至少一部分的刷新220。參看圖3和圖5，計時器305追蹤在閾值溫度Tcl以上經(jīng)過的時間量tl. I、t2. 1和 t3. 1。對于一個實施例，階躍模塊310和320中的一者或兩者用以在溫度超過第二閾值溫度Tc2(在時間tl、t2和t3期間)時倍增或以其它方式增加計時器305的計數(shù)?；蛘撸缟纤?，階躍模塊310和320可用以降低粒度或刷新觸發(fā)閾值。圖5圖解說明兩個閾值溫度的實例，然而，本發(fā)明的實施例可能有任何數(shù)目個閾值溫度影響刷新頻率。參考圖4和圖5，溫度曲線下方的陰影區(qū)域表示結溫度的積分。如上所述，結溫度的積分的累加值可存儲于NVM 110中，且當總和超過閾值時觸發(fā)刷新。圖6是展示用于使NVM 110刷新與主機(例如，存儲器控制器115或處理器130) 同步的刷新寄存器的示范性值的表格。刷新寄存器含有關于刷新操作的信息。當NVMllO 要進行刷新時，設定觸發(fā)事件位RR. 0。對于一個實施例，如參看圖2或圖3所述的NVM 110 的模塊設定觸發(fā)事件位頁刷新以使刷新與存儲器控制器115(或處理器130)同步。設定頁刷新有效位RR. 1以管理刷新期間的讀取和寫入請求?；蛘?，可使用物理引腳將頁刷新位傳輸?shù)酱鎯ζ骺刂破?15。此外，可在額外位RR. 2-RR. 15中設定刷新頁地址以指示NVM 110 的正在經(jīng)歷刷新的區(qū)域以管理刷新期間的讀取請求。圖6的刷新寄存器是示范性的，且在替代實施例中，可含有更多或更少的位，含有額外的功能，或以不同次序包含所述的功能。圖7是NVM 110的隨時間的示范性溫度和對應的刷新寄存器值的圖形表示。舉例來說，參看圖2和圖6，當非易失性計數(shù)器215達到閾值時間周期時，觸發(fā)NVM 110的至少一部分的刷新。觸發(fā)事件將RR. 0設定為零，以指示系統(tǒng)應起始刷新。雖然執(zhí)行了刷新，但設定RR. 1以指示NVM 110的分區(qū)繁忙，且設定RR. 2-15以指示NVM 110的哪些頁正在經(jīng)歷刷新。對于一個實施例，每一 RR. 2-15位可與一分區(qū)相關聯(lián)。分區(qū)是共享共用的編程、讀取和擦除電路的頁的群組。如參看圖6所述，可在NVM 110內的寄存器中設定溫度警報位。系統(tǒng)可周期性輪詢寄存器以確定對NVM 110的刷新的需要。對于一個實施例，存儲器控制器115響應于確定溫度警報有效而產生中斷消息，且起始NVM的刷新?；蛘撸鳈C一直等到當前操作完成后才起始NVM 110的刷新。此外，如果額外溫度應力在存儲器規(guī)范所允許的范圍內，則主機可推遲刷新操作。對于一個實施例，刷新寄存器包含溫度警報的緊急性級別。下表1呈現(xiàn)包含無效狀態(tài)和三種緊急性級別的溫度警報的示范性值。表 權利要求
1.一種設備，其包括非易失性存儲器，其包含溫度傳感器，用以測量所述非易失性存儲器內的溫度；和寄存器，用以存儲包括指示所述非易失性存儲器已超過閾值溫度歷時一時間周期的一個或一個以上位的溫度警報；以及控制器，用以確定所述溫度警報是有效的，且響應于確定所述溫度警報是有效的而刷新所述非易失性存儲器的至少一部分。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述溫度警報指示所述刷新的多個緊急性級別中的一者。
3.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述非易失性存儲器的至少一部分的所述刷新是在預定粒度級別下執(zhí)行。
4.根據(jù)權利要求3所述的設備，其中所述預定粒度級別是由用戶配置。
5.根據(jù)權利要求3所述的設備，其中所述寄存器指示所述非易失性存儲器的多個部分中的每一者是否需要被刷新。
6.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述非易失性存儲器進一步包含刷新掩蔽寄存器，用以指示所述非易失性存儲器的一部分是否可經(jīng)歷刷新。
7.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述溫度超過所述閾值溫度的時間量是以兩個或兩個以上粒度級別來追蹤。
8.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述控制器刷新所述非易失性存儲器的至少一部分的速率對應于超出所述閾值溫度的溫度增加而增加。
9.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述溫度警報是在所述溫度超過閾值溫度時的時間周期期間所述溫度的積分超過閾值時設定。
10.根據(jù)權利要求9所述的設備，其中所述非易失性存儲器維持在所述溫度超過所述閾值溫度時的多個時間周期期間的所述溫度的所述積分的總和，且所述溫度警報是在所述積分的所述總和超過所述閾值時設定。
11.一種方法，其包括測量非易失性存儲器內的溫度；在所述非易失性存儲器內的寄存器中存儲包括指示所述非易失性存儲器已超過閾值溫度歷時一時間周期的一個或一個以上位的溫度警報；由控制器確定所述溫度警報是有效的；以及響應于所述溫度警報是有效的所述確定而刷新所述非易失性存儲器的至少一部分。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述溫度警報指示所述刷新的多個緊急性級別中的一者。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中在預定的粒度級別下執(zhí)行所述非易失性存儲器的至少一部分的所述刷新。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中由用戶配置所述預定粒度級別。
15.根據(jù)權利要求13所述的方法，其進一步包括在所述非易失性存儲器內的寄存器中存儲刷新狀態(tài)，用以指示所述非易失性存儲器的多個部分中的每一者是否需要刷新。
16.根據(jù)權利要求11所述的方法，其進一步包括在所述非易失性存儲器內的寄存器中存儲刷新掩蔽寄存器，用以指示所述非易失性存儲器的一部分是否可經(jīng)歷刷新。
17.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中以兩個或兩個以上粒度級別來追蹤所述溫度超過所述閾值溫度的時間量。
18.根據(jù)權利要求11所述的方法，其進一步包括在所述溫度超過閾值溫度時的時間周期期間所述溫度的積分超過閾值時將所述溫度警報設定為有效。
19.根據(jù)權利要求19所述的方法，其進一步包括在所述非易失性存儲器中存儲所述溫度超過所述閾值溫度時的多個時間周期期間的所述溫度的所述積分的總和；以及當所述積分的所述總和超過所述閾值時將所述溫度警報設定為有效。
20.一種設備，其包括非易失性存儲器，其包含參考存儲器單元，用以指示存儲器降級；以及控制器，用以確定所述參考存儲器單元是否已降級，且響應于確定所述參考存儲器單元已降級而刷新所述非易失性存儲器的至少一部分。
全文摘要
本發(fā)明描述一種方法和設備，用于測量非易失性存儲器內的溫度；在所述非易失性存儲器內的寄存器中存儲包括指示所述非易失性存儲器已超過閾值溫度歷時一時間周期的一個或一個以上位的溫度警報；由主機確定所述溫度警報是有效的，且響應于所述溫度警報是有效的所述確定而刷新所述非易失性存儲器的至少一部分。
文檔編號G11C16/34GK102369579SQ200880132591
公開日2012年3月7日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權日2008年12月30日
發(fā)明者埃馬努埃萊·孔法洛涅里, 達尼埃萊·巴魯奇 申請人:美光科技公司