相關(guān)申請的交叉引用

本申請主張于2016年3月24日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請no.10-2016-0035039的優(yōu)先權(quán)，該案的全部內(nèi)容以引用的方式全文并入本文中。

本公開總體而言涉及一種半導(dǎo)體系統(tǒng)及其操作方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體封裝體包括多個彼此層疊的芯片。一般來說，作為層疊芯片的最底層芯片的基礎(chǔ)芯片可以用于執(zhí)行與其余芯片(下文中稱作核心芯片)的外部通信。該基礎(chǔ)芯片可以響應(yīng)于從外部設(shè)備接收的命令等來產(chǎn)生用于控制多個核心芯片的控制信號，并通過硅通孔(tsv)將該控制信號傳輸至每個核心芯片。該控制信號可以是例如用于激活操作、預(yù)充電操作、刷新操作、讀取操作和寫入操作的控制信號。

每個存儲芯片可以包括多個存儲體，并且每個存儲體可以包括多個字線。訪問或刷新存儲體會消耗大量電力。隨著在每個核心芯片中所包括的存儲體的數(shù)目增加，用于產(chǎn)生控制信號，將該控制信號傳輸至每個核心芯片并對字線激活-預(yù)充電所消耗的電力也會不可避免地增加。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種表現(xiàn)出降低的功耗的半導(dǎo)體系統(tǒng)及其操作方法。

在本公開中所公開的技術(shù)包括一種半導(dǎo)體系統(tǒng)及半導(dǎo)體系統(tǒng)的操作方法，其通過將所有所包括存儲體都被替換的通道設(shè)置為低功率模式來降低功耗。

在一實施例中，一種半導(dǎo)體系統(tǒng)可以包括：包括多個存儲體的一個或更多個核心芯片；一個或更多個替換儲存單元；以及基礎(chǔ)芯片，該基礎(chǔ)芯片適用于：第一檢測具有滿足第一條件的訪問頻率的存儲體，第二檢測第一檢出存儲體的利用率是否滿足第二條件，以及將第二檢出存儲體用替換儲存單元中的一個來替換。

在一實施例中，一種操作半導(dǎo)體系統(tǒng)的方法包括：通過與一個或更多個核心芯片連接的基礎(chǔ)芯片來檢測第一存儲體，在包括多個存儲體的一個或更多個核心芯片中，所述第一存儲體具有滿足第一條件的訪問頻率，且在多個存儲體中第一存儲體的利用率滿足第二條件；以及將第一存儲體用一個或多個替換儲存單元來替換，其中，基礎(chǔ)芯片用于控制第一存儲體的數(shù)據(jù)被傳輸和存儲在替換儲存單元中。

附圖說明

通過結(jié)合以下附圖對本發(fā)明實施例進行詳細描述，本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得一目了然。

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體系統(tǒng)的簡化配置圖。

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體系統(tǒng)的簡化配置圖。

圖3是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的利用率的概念的圖示。

圖4a至圖4c是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的執(zhí)行替換操作的過程的圖示。

圖5a至圖5c是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的執(zhí)行恢復(fù)操作的過程的圖示。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的在與訪問命令對應(yīng)的時延期間執(zhí)行的替換操作或恢復(fù)操作的圖示。

圖7是示出在圖1中的半導(dǎo)體系統(tǒng)的基礎(chǔ)芯片的簡化配置圖。

圖8是示出在圖2中的半導(dǎo)體系統(tǒng)的操作方法的流程圖。

具體實施方式

下文將參照附圖詳細描述各實施例。但是，本發(fā)明可以體現(xiàn)為不同形式，并且不應(yīng)被理解為受限于本文所闡述實施例。相反，提供這些實施例是為了使本公開透徹且完整，且將本發(fā)明全面地傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。

貫穿本公開，在各個附圖和本發(fā)明的實施例中，相同的附圖標記指代相同的部分。

還應(yīng)理解，盡管本文中可能使用術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等來描述各個元件，這些元件不受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語用于將一個元件與另一個元件相區(qū)分。因此，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的前提下，下文所描述的第一元件也可以被稱作第二元件或第三元件。

附圖不一定按比例繪制，在一些例子中，可能夸大比例來更清楚地圖示實施例中的各元件。例如，在附圖中，為便于圖示，與實際大小和間隔相比，各元件的大小和元件相互間的間隔可能被夸大。

還應(yīng)理解，當將一元件稱作“連接至”或“耦接至”另一元件時，其可以直接接觸、連接至或耦合至該另一元件，或者可能存在一個或多個中間元件。此外，還應(yīng)理解，當將一元件稱作位于兩個元件“之間”時，其可以是在該兩個元件之間的唯一元件，或者還可能存在一個或多個中間元件。

本文中所用術(shù)語僅用于描述特定實施例的目的，且并非用于限制本發(fā)明。

如本文中所使用，單數(shù)形式也意圖包含復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有清晰指示。

還應(yīng)理解，在本說明書中所用術(shù)語“包含”、“包含有”、“包括”、“包括有”用于指明所列元件的存在，但并非排除一個或多個其他元件的存在或添加。

如本文中所使用，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項目的一個或多個的任何和所有組合。

除非另有定義，基于本公開，本文中使用的包括科學術(shù)語和技術(shù)術(shù)語在內(nèi)的所有術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員通常所理解的含義相同的含義。還應(yīng)理解，術(shù)語，諸如在常用詞典中定義的術(shù)語，應(yīng)被理解為具有與其在本公開和相關(guān)技術(shù)背景中的含義相一致的含義，不應(yīng)被理解為理想化或過于形式化的含義，除非本文中明確如此定義。

在以下描述中，闡述眾多特定細節(jié)以提供本發(fā)明的徹底理解。也可以在沒有這些特定細節(jié)的一些或全部的前提下實踐本發(fā)明。在其他例子中，沒有詳細描述熟知工藝結(jié)構(gòu)和/或過程以免使本發(fā)明不必要地模糊。

還應(yīng)注意，在一些例子中，對于相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員顯然地，結(jié)合一個實施例描述的特征或元件可以單獨使用或與另一實施例的其他特征或元件組合使用，除非另有特別指示。

下文中將參照附圖詳細描述本發(fā)明的各實施例。

現(xiàn)在將參照圖1，圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體系統(tǒng)的簡化配置圖。圖1示出在基礎(chǔ)芯片base中包括多個替換儲存單元buf0至buf3的半導(dǎo)體系統(tǒng)。

參見圖1，半導(dǎo)體系統(tǒng)可以包括多個芯片，即基礎(chǔ)芯片base和多個核心芯片core0至core3。該多個核心芯片core0至core3以所列次序順序?qū)盈B在基礎(chǔ)芯片base上以形成層疊結(jié)構(gòu)。

該多個核心芯片core0至core3可以通過多個通孔via與基礎(chǔ)芯片base交換信號。在核心芯片core0至core3與基礎(chǔ)芯片base之間交換的信號可以包括用于控制核心芯片core0至core3的操作的控制信號和數(shù)據(jù)。該多個核心芯片core0至core3可以包括易失性存儲器(諸如動態(tài)隨機存取存儲器(dram)、移動dram、靜態(tài)隨機存取存儲器(sram)等)或非易失性存儲器(諸如只讀存儲器(rom)、nor快閃存儲器、nand快閃存儲器、相變隨機存取存儲器(pram)、電阻式隨機存取存儲器(rram)、自旋轉(zhuǎn)移力矩隨機存取存儲器(sttram)、磁性隨機存取存儲器(mram)等)或可以通過執(zhí)行相似功能來存儲數(shù)據(jù)的各種電路中的任一種。在一個實施例中，該多個核心芯片core0至core3可以是dram。

該多個核心芯片core0至core3中的每一個可以包括多個存儲體bk0至bk15。該多個存儲體bk0至bk15中的每一者可以包括多個存儲單元(未示出)。該多個存儲體bk0至bk15中的每一者可以根據(jù)從外部設(shè)備接收的訪問命令來執(zhí)行激活操作、預(yù)充電操作、刷新操作，以及寫入操作或讀取操作。

基礎(chǔ)芯片base可以響應(yīng)于訪問命令來控制在核心芯片core0至core3中的每一者中所包括的存儲體bk0至bk15，并且可以在核心芯片core0至core3與外部設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。

例如，在寫入操作中的從外部設(shè)備(位于半導(dǎo)體系統(tǒng)之外)接收的數(shù)據(jù)通過基礎(chǔ)芯片base而被傳輸至核心芯片core0至core3中的存儲體bk0至bk15中的至少一個。另外，在讀取操作中從核心芯片core0至core3的存儲體bk0至bk15中的至少一個輸出的數(shù)據(jù)通過基礎(chǔ)芯片base而被傳輸至位于半導(dǎo)體系統(tǒng)之外的外部設(shè)備。

該訪問命令可以包括激活命令、刷新命令、預(yù)充電命令、讀取命令和寫入命令中的至少一種。激活命令可以是用于激活在存儲體中所包括的字線的命令。該預(yù)充電命令可以是用于給被激活字線預(yù)充電的命令。該刷新命令可以是用于將待激活-預(yù)充電的字線刷新的命令。該寫入命令可以是用于將數(shù)據(jù)寫入至被選中存儲體中的命令。該讀取命令可以是用于從被選中存儲體讀取數(shù)據(jù)的命令。

基礎(chǔ)芯片base可以包括多個替換儲存單元buf0至buf3。該多個替換儲存單元buf0至buf3中的每一個可以是用于替換從該多個存儲體bk0至bk3中選中的具有比第一利用閾值率小的利用率的至少一個存儲體的電路。例如，替換儲存單元buf0至buf3中的每一個可以是具有數(shù)據(jù)儲存功能的數(shù)據(jù)緩存器。但是，替換儲存單元buf0至buf3中的每一個不限于數(shù)據(jù)緩存器。例如，替換儲存單元buf0至buf3中的每一個可以是：易失性存儲電路(諸如動態(tài)隨機存取存儲器(dram)、移動dram、靜態(tài)隨機存取存儲器(sram)等)或非易失性存儲電路(諸如只讀存儲器(rom)、nor快閃存儲器、nand快閃存儲器、相變隨機存取存儲器(pram)、電阻式隨機存取存儲器(rram)、自旋轉(zhuǎn)移力矩隨機存取存儲器(sttram)、磁性隨機存取存儲器(mram)等)或可以通過執(zhí)行相似功能來存儲數(shù)據(jù)的各種電路。在一示例性實施例中，替換儲存單元buf0至buf3可以包括dram。替換儲存單元buf0至buf3可以被設(shè)計為具有大于、等于或小于存儲體bk0至bk15中的每一個的儲存容量的儲存容量。

下文將參考圖3來描述利用率。

基礎(chǔ)芯片base可以第一檢測具有滿足第一條件的訪問頻率的存儲體(下文也稱作第一檢出存儲體)，第二檢測第一檢出存儲體的利用率是否滿足第二條件，以及使用在多個儲存單元buf0至buf3中的與滿足第一條件和第二條件的存儲體(下文中也稱作第二檢出存儲體)對應(yīng)的替換儲存單元，以用對應(yīng)的替換儲存單元來替換第二檢出存儲體。基礎(chǔ)芯片base可以監(jiān)測該多個存儲體bk0至bk15是否被訪問，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果來第一檢測多個存儲體bk0至bk15之中的滿足第一條件的存儲體(例如，bk0)。通過監(jiān)測第一檢出存儲體(例如bk0)的利用率，當?shù)谝粰z出存儲體的利用率滿足第二條件時，然后基礎(chǔ)芯片base可以將該存儲體定義為第二檢出存儲體(例如，存儲體bk0)，并控制第二檢出存儲體(例如bk0)的數(shù)據(jù)以使之傳輸并存儲在對應(yīng)的替換儲存單元(例如，與第二檢出存儲體bk0對應(yīng)的buf0)中。

接著存儲體bk0為第二檢出存儲體的示例繼續(xù)，當?shù)诙鎯wbk0的全部數(shù)據(jù)被傳輸?shù)讲⒋鎯υ趯?yīng)的替換儲存單元buf0中之后，基礎(chǔ)芯片base可以響應(yīng)于與存儲體bk0對應(yīng)的訪問命令來訪問替換儲存單元buf0，或者中斷與存儲體bk0對應(yīng)的訪問命令以使得不執(zhí)行與該訪問命令對應(yīng)的操作。下文中，被替換儲存單元完全替換的第二檢出存儲體也可以被稱作替換-目標存儲體。因此，在存儲體bk0滿足第一條件和第二條件的前述示例中，存儲體bk0是替換-目標存儲體。

當輸入訪問命令時，基礎(chǔ)芯片base可以產(chǎn)生用于執(zhí)行該訪問命令的控制信號，并且將這些控制信號傳輸至所設(shè)置的存儲體，除非所設(shè)置的存儲體為替換-目標存儲體。

例如，當存儲體bk0被識別為替換-目標存儲體時，如果接收到與存儲體bk0對應(yīng)的激活命令、預(yù)充電命令和刷新命令中的至少一者，那么基礎(chǔ)芯片base可以中斷與存儲體bk0對應(yīng)的命令，以使得不執(zhí)行與該命令對應(yīng)的操作。當接收到與存儲體bk0(已被識別為替換-目標存儲體)對應(yīng)的寫入命令時，基礎(chǔ)芯片base可以將該數(shù)據(jù)寫入至替換儲存單元buf0中。當接收到與存儲體bk0(已被識別為替換-目標存儲體)對應(yīng)的讀取命令時，基礎(chǔ)芯片base可以讀取并輸出替換儲存單元buf0的數(shù)據(jù)。

當滿足第一條件的檢出存儲體(例如bk1)是替換-目標存儲體，如替換儲存單元(例如buf1)，且第一檢出存儲體bk1的利用率滿足第三條件時，基礎(chǔ)芯片base可以第三檢測存儲體bk1并控制替換儲存單元buf1的數(shù)據(jù)以使該數(shù)據(jù)被傳輸并存儲在第三檢出替換-目標存儲體bk1中。

下文中，在上述過程中，第二檢出存儲體的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)讲⒋鎯υ谔鎿Q儲存單元中的操作被稱作替換操作。另外，替換儲存單元的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)讲⒈淮鎯υ诘谌龣z出替換-目標存儲體中的操作被稱作恢復(fù)操作。之后將參考圖4a至圖5c來描述在替換操作和恢復(fù)操作期間輸入用于存儲體的訪問命令的存儲系統(tǒng)的操作。

多個存儲體bk0至bk3可以被包括在被分別獨立控制的多個通道ch0至ch3中的一個通道中。因此，例如，如圖1所示，存儲體bk0、bk4、bk8和bk12可以被包括在通道ch0中，存儲體bk1、bk5、bk9和bk13可以被包括在通道ch1中，存儲體bk2、bk6、bk10和bk14可以被包括在通道ch2中，以及存儲體bk3、bk7、bk11和bk15可以被包括在通道ch3中。

本文中所用術(shù)語“分別獨立控制”表示針對每個通道獨立地輸入訪問命令，并且一個通道的操作不會影響其余通道的操作。因此，在通道執(zhí)行的相同操作或不同操作可以被控制為同時或以不同時間(例如，按順序)執(zhí)行。

當一個通道的所有存儲體被替換儲存單元替換時，基礎(chǔ)芯片base可以將對應(yīng)通道設(shè)置為低功率模式(powerdown)。例如，當在通道ch0中所包括的所有存儲體bk0、bk4、bk8和bk12被替換儲存單元buf0至buf3所替換時，通道ch0可以被設(shè)置為低功率模式。低功率模式可以使對應(yīng)通道的功耗最小化。

所述利用率可以表示為替換儲存單元中的儲存容量的所用儲存容量所占比例。利用率可以表示為通過將所用儲存容量除以可用的總儲存容量所得的值。

在所有所包括的存儲體被完全替換且設(shè)置低功率模式的通道中，當替換-目標存儲體中的一個或多個被恢復(fù)時，基礎(chǔ)芯片base可以終止對應(yīng)通道的低功率模式。

第一條件可以是用于執(zhí)行檢測利用率將會被監(jiān)測的存儲體的第一檢測操作的條件。第一條件可以是，例如，訪問頻率必須大于參考訪問頻率的條件(下文中也稱作第一條件1-1)。在另一示例中，第一條件可以是訪問頻率必須小于參考訪問頻率的條件(下文中也稱作第一條件1-2)。即，通過第一條件被第一檢出的存儲體可以是比參考訪問頻率更常訪問的存儲體，或者是比參考訪問頻率更少訪問的存儲體。第一條件可以根據(jù)設(shè)計被選擇為條件1-1和1-2中的任一者。

例如，參考訪問頻率可以是在時間周期t1期間的s1次。當?shù)谝粭l件為第一條件1-1時，在時間周期t1內(nèi)被訪問多于s1次的存儲體可以被第一步檢測到。另外，當?shù)谝粭l件時第一條件1-2時，在時間周期t1內(nèi)被訪問少于s1次的存儲體可以被第一檢測到。

第二條件可以是用于執(zhí)行檢測第一檢出存儲體是否為將會被替換儲存單元替換的存儲體的第二檢測操作的條件。第二條件可以是存儲體的利用率必須大于替換利用閾值率的條件(下文中也稱作第二條件2-1)，或存儲體的利用率必須小于替換利用閾值率的條件(下文中也稱作第二條件2-2)。即，通過第二條件被第二步檢出的存儲體可以是比替換利用閾值率更常使用的存儲體或者是比替換利用閾值率更少使用的存儲體。第二條件可以根據(jù)設(shè)計被選擇為第二條件2-1和2-2中的任何一者。

例如，可以假設(shè)替換利用閾值率表示在存儲體中所包括的全部字線中使用了三分之一的字線。當?shù)诙l件被選中作為第二條件2-1時，使用了超過全部字線三分之一的字線的存儲體可以被第二檢出并用替換儲存單元來替換。當?shù)诙l件被選中作為第二條件2-2時，使用了少于全部字線三分之一的字線的存儲體可以被第二檢出并用替換儲存單元來替換。

第三條件可以是用于執(zhí)行檢測第一檢出替換-目標存儲體是否為要被恢復(fù)的存儲體的第三檢測操作的條件。第三條件可以是利用率必須大于恢復(fù)利用閾值率的條件(下文中也稱作第三條件3-1)或利用率必須小于恢復(fù)利用閾值率的條件(下文中也稱作第三條件3-2)。即，通過第三條件被第三檢出的替換-目標存儲體可以是比恢復(fù)利用閾值率更常使用的存儲體或比恢復(fù)利用閾值率更少使用的存儲體。第三條件可以根據(jù)設(shè)計被選擇為第三條件3-1和3-2中的一者。

例如，可以假設(shè)恢復(fù)利用閾值率表示在存儲體中所包括的字線中使用了一半。當所選的第三條件為第三條件3-1時，使用了多于全部字線中一半字線的替換-目標存儲體可以被第三檢出，并且在替換儲存單元中的數(shù)據(jù)可以在第三檢出替換-目標存儲體中恢復(fù)。另外，當所選的第三條件為第三條件3-2時，使用了少于全部字線中的一半字線的替換-目標存儲體可以被第三檢出，并且在替換儲存單元中的數(shù)據(jù)可以在第三檢出替換-目標存儲體中恢復(fù)。

在圖1中的半導(dǎo)體系統(tǒng)中，基礎(chǔ)芯片base可以不一定通過用替換儲存單元替換存儲體來產(chǎn)生并傳輸用于控制存儲體的控制信號來使用替換儲存單元。因此，由于被完全替換的存儲體的字線不需要激活、預(yù)充電或刷新，因此可以減少功耗。此外，當在一個通道中的所有存儲體都被完全替換時，可以通過將對應(yīng)通道設(shè)置為低功率模式來進一步減少功耗。

此時，用替換儲存單元來待替換的存儲體可以根據(jù)各種條件來選擇。另外，恢復(fù)替換-目標存儲體的條件可以根據(jù)設(shè)計來改變。例如，當?shù)谝粭l件被選中作為第一條件1-2，第二條件被選中作為第二條件2-2且第三條件被選中作為第三條件3-1時，基礎(chǔ)芯片可以用替換儲存單元來替換在具有低訪問頻率的存儲體之中的具有低利用率的存儲體，并且，當替換-目標存儲體的利用率大于設(shè)置參考時，該基礎(chǔ)芯片可以恢復(fù)替換-目標存儲體。在另一示例中，當?shù)谝粭l件被選中作為第一條件1-1，第二條件被選中作為第二條件2-1且第三條件被選中作為第三條件3-2時，該基礎(chǔ)芯片可以用替換儲存單元來替換在具有高訪問頻率的存儲體之中的具有高利用率的存儲體，并且，當替換-目標存儲體的利用率低于設(shè)置參考時，該基礎(chǔ)芯片可以恢復(fù)該替換-目標存儲體。除上述條件以下，第一至第三條件可以通過各種其他組合來選擇。

圖1示出基礎(chǔ)芯片base包括四個替換儲存單元buf0至buf3，并且，核心芯片core0至core3和通道ch0至ch3中的每一個包括四個存儲體，但是在基礎(chǔ)芯片base中所包括的替換儲存單元的數(shù)目或在核心芯片core0至core3和通道中所包括的存儲體的數(shù)目可以根據(jù)設(shè)計而改變。

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體系統(tǒng)的簡化配置圖。圖2是示出在替換芯片repl中包括多個替換儲存單元buf0至buf3的半導(dǎo)體系統(tǒng)的圖示。

參見圖2，半導(dǎo)體系統(tǒng)可以包括多個芯片，即基礎(chǔ)芯片base、替換芯片repl和多個核心芯片core0至core3。該多個芯片base、repl和core0至core3被順序?qū)盈B以形成層疊結(jié)構(gòu)。

多個核心芯片core0至core3和替換芯片repl可以通過通孔via與基礎(chǔ)芯片base交換信號。在核心芯片core0至core3、替換芯片repl與基礎(chǔ)芯片base之間交換的信號可以包括用于控制核心芯片core0至core3和替換芯片repl的操作的控制信號和數(shù)據(jù)。

除了多個替換儲存單元buf0至buf3未包括在基礎(chǔ)芯片中而是被包括在替換芯片repl中以外，圖2中的半導(dǎo)體系統(tǒng)的配置和操作與圖1中的半導(dǎo)體系統(tǒng)的配置和操作基本上相同。替換芯片repl可以是中介層(interposer)。

在一示例性實施例中，半導(dǎo)體系統(tǒng)可以是高帶寬存儲器(hbm)。通孔via的數(shù)目可以是1024或更多。通孔via可以包括穿通硅通孔(tsv)、導(dǎo)電凸塊或兩者的組合。

圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的利用率的概念的圖示。

參見圖3，存儲體bk0可以包括多個字線wl0至wln(n是自然數(shù))、多個位線bl0至blm(m是自然數(shù))以及多個存儲單元mc。

字線的使用狀態(tài)表示多個存儲單元mc之中與該字線耦合的至少一個存儲單元存儲數(shù)據(jù)的狀態(tài)。字線的未用狀態(tài)表示與該字線耦合的所有存儲單元mc都沒有存儲數(shù)據(jù)。

存儲體的利用率表示在使用狀態(tài)的字線的數(shù)目相對于在存儲體中的字線wl0至wln的總數(shù)目的比例，或者也可以表示設(shè)置比例。與使用狀態(tài)的字線占所有字線wl0至wln的比例對應(yīng)的設(shè)置比例實質(zhì)上可以不表示全部字線與使用狀態(tài)的字線之間的比例。設(shè)置比例可以看做與該比例相同的含義。

基礎(chǔ)芯片base可以使用訪問命令和地址來檢測利用率。當存儲體沒有被替換時，由基礎(chǔ)芯片base檢測到的結(jié)果可以表示在存儲體中的全部字線與實質(zhì)使用狀態(tài)的字線之間的比例。當存儲體被替換時，由于在該存儲體中沒有存儲數(shù)據(jù)，所以由基礎(chǔ)芯片base檢測到的結(jié)果可以表示在該存儲體沒有被替換時全部字線與使用狀態(tài)的字線之間的比例。因此，利用率可以定義為如上所述。

例如，當在存儲體bk0中的使用狀態(tài)的字線的數(shù)目為k(0≤k≤n)(k是等于或大于0且等于或小于n的自然數(shù))時，存儲體bk0的利用率可以表示為

圖4a至圖4c是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的執(zhí)行“替換操作”的過程的圖示。將參考圖4a至圖4c來描述存儲體bk0被替換儲存單元buf0替換的過程。圖4a至圖4c中僅圖示了存儲體bk0配置中的字線wl0至wln，將省略關(guān)于其他配置(位線和存儲單元)的圖示。

圖4a是示出在存儲體bk0中的數(shù)據(jù)被傳輸至替換儲存單元buf0的過程的圖示。

當向替換儲存單元buf0的數(shù)據(jù)傳輸在存儲體bk0中開始時，在存儲體bk0中的多個字線wl0至wln可以被順序選中，并且與選中字線耦合的存儲單元的數(shù)據(jù)可以被傳輸至替換儲存單元buf0(第0傳輸t0至第n傳輸tn)。在存儲體bk0的數(shù)據(jù)的傳輸期間，當未輸入與存儲體bk0對應(yīng)的訪問命令時，存儲體bk0的數(shù)據(jù)傳輸可以從頭到尾連續(xù)地執(zhí)行。

但是，由于在執(zhí)行“替換操作”時，存儲體bk0的訪問沒有被禁止，所以在執(zhí)行“替換操作”時，訪問存儲體bk0的命令可以被輸入。

在訪問存儲體bk0的時段(寫入或讀取數(shù)據(jù)的時段)中，存儲體bk0的數(shù)據(jù)傳輸可以中斷。在訪問存儲體bk0的時段終止之后，“替換操作”可以連續(xù)地執(zhí)行。然而，可以在從寫入命令被輸入的時間到待寫入數(shù)據(jù)被輸入的時間之間的時延時間(即寫入時延)以及從讀取命令被輸入的時間到所讀取數(shù)據(jù)被輸出的時間之間的時延時間(即讀取時延)的一部分或全部期間執(zhí)行“替換操作”(之后在圖6中描述)。

下文將參考圖4b和圖4c分別描述下列情況的訪問操作，當作為訪問命令目標的字線的數(shù)據(jù)被完全存儲在替換儲存單元buf0中(下文中稱作替換狀態(tài))時和當作為訪問命令目標的字線的數(shù)據(jù)沒有存儲在替換儲存單元buf0中(下文中稱作非替換狀態(tài))時的訪問操作。

圖4b是示出作為訪問命令目標的字線處于替換狀態(tài)(替換完成)時的訪問操作的圖示。

作為存取命令的目標字線(例如wlk)，即當由地址確定的字線wlk處于替換狀態(tài)時，該訪問命令可以被中斷，或者可以訪問替換儲存單元buf0而不是存儲體bk0(訪問1)。當訪問命令是激活命令、預(yù)充電命令或刷新命令時，該訪問命令可以中斷。當訪問命令是寫入命令或讀取命令時，數(shù)據(jù)可以被寫入至與字線wlk對應(yīng)的替換儲存單元buf0的一部分而不是存儲體bk0的字線wlk，或者數(shù)據(jù)可以從與字線wlk對應(yīng)的替換儲存單元buf0的一部分而不是存儲體bk0的字線wlk來讀取。

圖4c是示出作為訪問命令的目標的字線處于非替換狀態(tài)(替換未完成)時的訪問操作的圖示。

當作為訪問命令目標的字線(例如，wlk，即，由地址指示的字線wlk)處于非替換狀態(tài)時，存儲體bk0可以被訪問?？梢詫ψ志€wlk執(zhí)行與該訪問命令對應(yīng)的訪問操作(訪問2)。

圖5a至圖5c是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的執(zhí)行“恢復(fù)操作”的過程的圖示。將參考圖5a至圖5c來描述在替換儲存單元buf1中的數(shù)據(jù)被恢復(fù)到存儲體bk1的過程。

圖5a是示出在替換儲存單元buf1中的數(shù)據(jù)被傳輸至存儲體bk1的過程的圖示。

當向存儲體bk1的數(shù)據(jù)傳輸在替換儲存單元buf1中開始時，在存儲體bk1中的多個字線wl0至wln可以被順序選中，并且，替換儲存單元buf1的數(shù)據(jù)被傳輸至與選中字線耦合的存儲單元(第0傳輸至第n傳輸)。在替換儲存單元buf1中的數(shù)據(jù)被傳輸時，當未輸入與存儲體bk1對應(yīng)的訪問命令時，則對存儲體bk1的數(shù)據(jù)傳輸可以從頭到尾連續(xù)地執(zhí)行。

然而，由于執(zhí)行“恢復(fù)操作”時，存儲體bk1的訪問沒有被禁止，所以在執(zhí)行“恢復(fù)操作”時，訪問存儲體bk1的命令可以被輸入。但是，可以在從寫入命令被輸入的時間到待寫入數(shù)據(jù)被輸入的時間之間的時延時間(即寫入時延)以及在從讀取命令被輸入的時間到所讀取數(shù)據(jù)被輸出的時間之間的時延時間(即讀取時延)的一部分或全部期間執(zhí)行“恢復(fù)操作”(下文在圖6中描述)。

將參考圖5b和圖5c分別描述下列情況的訪問操作，當替換儲存單元buf1的數(shù)據(jù)沒有復(fù)制到作為訪問命令的目標的字線(即替換狀態(tài))時、以及當替換儲存單元buf1的數(shù)據(jù)被復(fù)制到作為訪問命令目標的字線(非替換)時的訪問操作。

圖5b是示出當作為訪問命令目標的字線處于替換狀態(tài)(恢復(fù)未完成)時的訪問操作的圖示。

作為訪問命令目標的字線(例如，wlk)，即，當由地址所指示的字線wlk處于未恢復(fù)狀態(tài)時，該訪問命令可以中斷，或者可以訪問替換儲存單元buf1而不是存儲體bk1(訪問1)。

圖5c是示出當作為訪問命令目標的字線處于非替換狀態(tài)(恢復(fù)完成)時的訪問操作的圖示。

當作為訪問命令目標的字線(例如，wlk)，即，由地址指示的字線wlk處于恢復(fù)狀態(tài)時，可以訪問存儲體bk1。可以對字線wlk執(zhí)行與訪問命令對應(yīng)的訪問操作(訪問2)。

圖6是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的在與訪問命令對應(yīng)的時延時間期間執(zhí)行的“替換操作”或“恢復(fù)操作”的圖示。

參見圖6，替換操作可以表示在寫入操作的時延時間期間執(zhí)行“替換操作”或“恢復(fù)操作”，恢復(fù)操作可以表示在讀取操作的時延時間期間執(zhí)行“替換操作”或“恢復(fù)操作”。

圖7是示出在圖1中的半導(dǎo)體系統(tǒng)的基礎(chǔ)芯片base的簡化配置圖。

參見圖7，基礎(chǔ)芯片base可以包括多個替換儲存單元buf0至buf3、第一控制單元710、第二控制單元720以及監(jiān)測單元730。

第一控制單元710可以響應(yīng)于訪問命令cmd產(chǎn)生控制信號ch0_con至ch3_con來控制通過地址add選中的通道。第一控制單元710可以將控制信號ch0_con至ch3_con傳輸至包括由地址add選中的存儲體的核心芯片。控制信號ch0_con至ch3_con可以包括用于控制在每個通道中所包括的存儲體的激活操作、預(yù)充電操作、刷新操作、寫入操作和讀取操作所需的信號。此時，用于控制通道ch0至ch3的控制信號可以被分別獨立地產(chǎn)生。

當作為被替換儲存單元替換的存儲體地址的替換存儲體地址rep_ba0至rep_ba3中的一個和地址add相同時，第一控制單元710可以不產(chǎn)生控制信號ch0_con至ch3_con。此外，當表示存儲體的數(shù)據(jù)被傳輸并存儲在替換存儲單元中的操作正在處理的替換信號replace被激活時，當表示在替換儲存單元中存儲的數(shù)據(jù)被傳輸并存儲在存儲體中的操作正在處理的恢復(fù)信號restore被激活時，或當標志信號flag被激活時，第一控制單元710可以不產(chǎn)生控制信號ch0_con至ch3_con。

這是因為當替換存儲體地址rep_ba0至rep_ba3中的一者和地址add相同時，當替換信號replace和標志信號flag被激活時，或當恢復(fù)信號restore和標志信號flag被激活時，替換儲存單元被訪問而不是與地址add對應(yīng)的存儲體。

第一控制單元710可以響應(yīng)于訪問命令cmd而檢測存儲體bk0至bk15是否被訪問，以及第一檢測滿足第一條件的存儲體。在滿足第一條件的存儲體被檢出之后，第一控制單元710可以激活第一檢測信號det1，并輸出第一檢出存儲體的存儲體地址det_ba。

在寫入操作中，第一控制單元710可以將從半導(dǎo)體系統(tǒng)外部輸入的數(shù)據(jù)data傳輸至由地址add選中的存儲體。只有當被地址add選中的存儲體是非替換存儲體時，第一控制單元710可以將輸入數(shù)據(jù)data傳輸至替換儲存單元。

在讀取操作中，第一控制單元710可以將從由地址add選中的存儲體輸出的數(shù)據(jù)data輸出至半導(dǎo)體系統(tǒng)的外部。只有當由地址add選中的存儲體被替換儲存單元替換時，第一控制單元710可以將從替換儲存單元輸出的數(shù)據(jù)data輸出至半導(dǎo)體系統(tǒng)的外部。

當?shù)谝粰z測信號det1被激活時，監(jiān)測單元730可以檢測與存儲體地址det_ba對應(yīng)的存儲體的利用率，當利用率滿足第二條件時，監(jiān)測單元730可以激活第二檢測信號det2，當與存儲體地址det_ba對應(yīng)的存儲體是非替換存儲體且利用率滿足第三條件時，監(jiān)測單元730可以激活第三檢測信號det3。

第二控制單元720可以控制存儲體bk0至bk15和替換儲存單元buf0至buf3的操作。第二控制單元720可以產(chǎn)生用于控制存儲體bk0至bk15的控制信號con_bk以及用于控制替換儲存單元buf0至buf3的控制信號con_buf0至con_buf3。用于控制存儲體bk0至bk15的控制信號con_bk可以包括用于選擇存儲體的控制信號、用于將數(shù)據(jù)寫入至存儲體的控制信號以及用于讀取存儲體的數(shù)據(jù)的控制信號。用于控制替換儲存單元buf0至buf3的控制信號con_buf0至con_buf3可以包括用于選擇替換儲存單元的控制信號、用于將數(shù)據(jù)寫入至替換儲存單元中的控制信號以及用于讀取替換儲存單元的數(shù)據(jù)的控制信號。

當?shù)诙z測信號det2被激活時，第二控制單元720可以選擇替換儲存單元buf0至buf3中的未被使用的一個替換儲存單元，并控制與存儲體地址det_ba對應(yīng)的存儲體的數(shù)據(jù)被讀取并傳輸和寫入至選中替換儲存單元中。第二控制單元720可以在從存儲體的數(shù)據(jù)被傳輸并存儲在替換儲存單元中的開始時間到其完成時間的時間里激活替換信號replace。

當?shù)谌龣z測信號det3被激活時，第二控制單元720可以選擇用于替換與存儲體地址det_ba對應(yīng)的存儲體的替換儲存單元，并控制選中替換儲存單元的數(shù)據(jù)被讀取并傳輸和寫入至與存儲體地址det_ba對應(yīng)的存儲體中。第二控制單元720可以在從替換儲存單元的數(shù)據(jù)被傳輸并存儲在存儲體中的開始時間到其完成時間之間的時間里激活恢復(fù)信號restore。

第二控制單元720可以將從存儲體的“替換操作”的開始時間到“恢復(fù)操作”的完成時間的時間里被替換的存儲體(例如，bk0)與將其替換的替換儲存單元相匹配。在“替換操作”完成之后，當在“恢復(fù)操作”執(zhí)行之前的時段輸入對存儲體bk0的寫入命令時，第二控制單元720可以執(zhí)行將數(shù)據(jù)從第一控制單元710傳輸并寫入至替換儲存單元buf0中，并且當輸入讀取命令時，第二控制單元720可以執(zhí)行讀取在替換儲存單元buf0中的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸至第一控制單元710。

當執(zhí)行“替換操作”和“恢復(fù)操作”時，輸入對存儲體bk0的寫入命令或讀取命令時，第二控制單元720可以參考每個標志信息flag<0:n>和地址add來訪問替換儲存單元buf0。標志信息flag<0:n>可以對應(yīng)于存儲體bk0的字線wl0至wln，并且，當對應(yīng)的字線是非替換狀態(tài)時，標志信息可以具有第一值，當對應(yīng)的字線是替換狀態(tài)時，標志信息可以具有第二值。當與地址add對應(yīng)的字線的標志信息是第一值時，第二控制單元720可以不訪問替換儲存單元buf0，而當與地址add對應(yīng)的字線的標志信息是第二值時，第二控制單元720可以訪問替換儲存單元buf0。第二控制單元720可以將在標志信息flag<0:n>之中的與地址add對應(yīng)的信號作為標志信號flag輸出至第一控制單元710。

在“替換操作”期間的字線的非替換狀態(tài)可以表示字線的數(shù)據(jù)沒有被傳輸至并完全存儲在替換儲存單元中的狀態(tài)，而在“替換操作”期間的字線的替換狀態(tài)可以表示字線的數(shù)據(jù)被傳輸至并完全存儲在替換儲存單元中的狀態(tài)。在“恢復(fù)操作”期間字線的非替換狀態(tài)可以表示替換儲存單元的數(shù)據(jù)被傳輸至并完全存儲在字線中的狀態(tài)，在“恢復(fù)操作”期間的字線的替換狀態(tài)可以表示替換儲存單元的數(shù)據(jù)沒有被傳輸至并完全存儲在字線中的狀態(tài)。

多個替換儲存單元buf0至buf3可以存儲以下內(nèi)容：表示存儲體的多個字線wl0至wln是否均處于被替換狀態(tài)的信息以及被替換儲存單元替換的存儲體中所儲存的數(shù)據(jù)。此時，當字線處于替換狀態(tài)時，多個替換儲存單元buf0至buf3可以存儲對應(yīng)信息作為第一值，當字線處于非替換狀態(tài)時，多個替換儲存單元buf0至buf3可以存儲對應(yīng)信息作為第二值。當執(zhí)行“替換操作”和“恢復(fù)操作”時，多個替換儲存單元buf0至buf3可以輸出所存儲的信息作為標志信息flag<0:n>。

數(shù)據(jù)d_bk0至d_bk15可以表示數(shù)據(jù)被輸入至各個存儲體bk0至bk15以及從各個存儲體bk0至bk15輸出數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)d_buf0至d_buf3可以表示數(shù)據(jù)被輸入至各個替換儲存單元buf0至buf3以及從各個替換儲存單元buf0至buf3輸出數(shù)據(jù)。

與在圖7中的基礎(chǔ)芯片base不同，在圖2中的半導(dǎo)體系統(tǒng)的基礎(chǔ)芯片base可以不包括多個替換儲存單元buf0至buf3，但是，其他配置和操作可以與圖7中的基礎(chǔ)芯片相同。

圖8是示出圖2中的半導(dǎo)體系統(tǒng)的操作方法的流程圖。

參見圖8，半導(dǎo)體系統(tǒng)的操作方法可以包括訪問監(jiān)測步驟s810、利用率檢測步驟s820、替換步驟s830以及恢復(fù)步驟s840。

在訪問監(jiān)測步驟s810處，第一控制單元710可以監(jiān)測多個存儲體bk0至bk15是否被訪問。在訪問監(jiān)測步驟s810處，當滿足第一條件的存儲體被第一檢出(在s811的是方向)時，進行利用率檢測步驟s820，當滿足第一條件的存儲體未被檢測到(在s811的否方向)時，可以重復(fù)訪問監(jiān)測步驟s810。

在利用率檢測步驟s820處，監(jiān)測單元730可以檢測由第一控制單元710檢測到的存儲體的利用率。當在利用率檢測步驟s820處檢測到的存儲體的利用率滿足第二條件(在s821處進行s1方向)，可以進行替換步驟s830，當在利用率檢測步驟s820處檢測到的存儲體的利用率不滿足第二條件和第三條件全部(在s821處進行s2方向)時，可以進行訪問監(jiān)測步驟s810，當在利用率檢測步驟s820處檢測到的存儲體的利用率滿足第三條件(在s821處進行s3方向)時，監(jiān)測單元730可以決定對應(yīng)存儲體是否是替換-目標存儲體(s822)，然后，當該存儲體是替換-目標存儲體(在s822處進行是方向)時，可以進行恢復(fù)步驟s840，當存儲體不是替換-目標存儲體(在s822處進行否方向)時，可以進行訪問監(jiān)測步驟s810。

在替換步驟s830處，存儲體的數(shù)據(jù)可以被傳輸至并存儲在替換儲存單元中。在替換步驟s830處，當與作為“替換操作”目標的存儲體對應(yīng)的訪問命令被輸入時，以及當與地址add對應(yīng)的字線處于替換狀態(tài)時，可以訪問該替換儲存單元，當與地址add對應(yīng)的字線處于非替換狀態(tài)時，可以訪問與地址add對應(yīng)的字線。

在恢復(fù)步驟s840處，存儲體的數(shù)據(jù)可以被傳輸至并存儲在替換儲存單元中。在恢復(fù)步驟s840處，當與作為“恢復(fù)操作”目標的存儲體對應(yīng)的訪問命令被輸入時，以及當與地址add對應(yīng)的字線處于替換狀態(tài)中時，可以訪問該替換儲存單元，當與地址add對應(yīng)的字線處于非替換狀態(tài)時，可以訪問與地址add對應(yīng)的字線。

當替換步驟s830和恢復(fù)步驟s840完成時，可以進行訪問監(jiān)測步驟s810。

盡管已經(jīng)出于說明性目的描述了各個實施例，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然的，可以在不偏離由所附權(quán)利要求所定義的精神和范圍的前提下做出各種改變和修改。