CN104681077B - 一种mram-nand控制器及贴片式固态硬盘 - Google Patents

一种mram-nand控制器及贴片式固态硬盘 Download PDF

Info

Publication number
CN104681077B
CN104681077B CN201510098598.7A CN201510098598A CN104681077B CN 104681077 B CN104681077 B CN 104681077B CN 201510098598 A CN201510098598 A CN 201510098598A CN 104681077 B CN104681077 B CN 104681077B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nand
mram
controllers
chip
solid state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510098598.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104681077A (zh
Inventor
戴瑾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Ciyu Information Technologies Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Ciyu Information Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Ciyu Information Technologies Co Ltd filed Critical Shanghai Ciyu Information Technologies Co Ltd
Priority to CN201510098598.7A priority Critical patent/CN104681077B/zh
Publication of CN104681077A publication Critical patent/CN104681077A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104681077B publication Critical patent/CN104681077B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • For Increasing The Reliability Of Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

本发明提供一种MRAM‑NAND控制器，包括MRAM模块、采用DDR DRAM接口标准的主机接口与NAND控制器。本发明还提供一种贴片式固态硬盘，包括MRAM‑NAND控制器与NAND模块。本发明提供的MRAM‑NAND控制器及贴片式固态硬盘，由于采用MRAM‑NAND控制器以及POP与3D SIC封装技术，使得贴片式固态硬盘尺寸更小，能够直接贴片到主板上；不仅能够应用到计算机上，也能够应用在平板电脑与手机上；MRAM‑NAND控制器的主机接口，采用DDR DRAM接口，使得贴片式固态硬盘的读写速度大大提高；MRAM模块通过DMA控制器与NAND芯片交换数据，有助于提高读写速度。

Description

一种MRAM-NAND控制器及贴片式固态硬盘
技术领域
本发明涉及固态硬盘，具体涉及一种MRAM-NAND控制器及贴片式固态硬盘。
背景技术
固态硬盘(Solid State Drives，SSD)，简称固盘，采用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)组成。固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。被广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。
NAND闪存技术的发展推动了SSD产业，如图1所示，固态硬盘包括用于存储数据的一组NAND芯片，用于缓存数据的和辅助计算的DDR内存，以及一个主控芯片(SSDController)，SSD与主机之间采用高速串行接口连接，如SATA、PICe等。
由于对尺寸的严格要求，现有的手机、平板电脑很难支持SSD。
如图2所示，现有的手机、平板电脑存储结构包括：用于存储代码和用户数据的NAND以及用于计算的DDR内存(双倍速率动态随机存储器，为DDR DRAM的简称，Double DataRate Dynamic Random Access Memory)，分别连接主机芯片。
一部分DDR可以用作NAND的缓存，与SSD控制器相应的NAND管理软件，也在手机、平板电脑的主控芯片上运行。
为了尺寸更小，手机的NAND和DDR经常被封装成一个Combo芯片，但内部是两个独立的芯片，分别与主控芯片连接。
现有的固态硬盘存在以下缺陷：
1速度：
图1所示的主机的读写速度，除了受限于NAND的读写速度外，还受限于SATA,PCIe等串行接口的速度；
图2所示的手机的主控芯片与NAND直接连接，读写速度只受限于NAND读写速度。
但提高读写速度需要扩展NAND连接的宽度，比如从16bit扩展到32bit或64bit，这样做对手机同样非常困难的，更宽的NAND接口意味着更多的芯片管脚、更高的芯片封装成本、更困难的主板设计以及更高的生产贴片成本。
2尺寸：
用于计算机的SSD尺寸很大，对于做得越来越轻薄的笔记本电脑，平板电脑，应用起来越来越困难，应用到手机上更不可能。
因此本领域技术人员致力于提供一种新的固态硬盘，使得读写速度更快、尺寸更小，而且能够直接贴片到主板上；不仅能够应用到计算机上，也能够应用在平板电脑与手机上。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种基于MRAM的贴片式固态硬盘，使得读写速度更快、尺寸更小，而且能够直接贴片到主板上；不仅能够应用到计算机上，也能够应用在平板电脑与手机上。
本发明基于两项重要的技术发展：
(1)3D NAND技术
3D NAND技术的发展，使得未来一个芯片的容量可以相当于过去整个SSD的容量，足够运行常见的操作系统及其基本应用。
固态硬盘的数据传输速度虽然很快，但售价与容量还存在问题。
这种宽度为2.5英寸的硬盘用来容纳存储芯片的空间较为有限，容量越高的芯片可以增加硬盘的总体存储空间，但更高的成本也拉高了硬盘的售价。
3D NAND不同于将存储芯片放置在单面，而是将它们堆叠最高32层的方法，大大增加了芯片的容量。
(2)MRAM技术
MRAM(Magnetic Random Access Memory)是一种非挥发性的磁性随机存储器。它拥有静态随机存储器(SRAM)的高速读取写入能力，以及动态随机存储器(DRAM)的高集成度，而且基本上可以无限次地重复写入。
MRAM是一种新的内存和存储技术，可以像DDR(D)RAM一样快速随机读写，还可以像NAND闪存一样在断电后永久保留数据。而且MRAM不像DRAM一样与标准CMOS半导体工艺不兼容，因而MRAM可以和逻辑电路集成到一个芯片中。
本发明提供一种MRAM-NAND控制器，包括MRAM模块、采用DDR DRAM接口标准的主机接口与NAND控制器，主机接口用于MRAM模块、NAND控制器与主机芯片连接。
MRAM具有DRAM一样的高密度和高速随机读写能力。本发明采用DDR DRAM标准作为和主机的接口，使得存储设备的最大读写速度追平内存(DRAM)的读写速度。进一步地，NAND控制器为单通道或多通道。
本发明提供的MRAM-NAND控制器，NAND控制器与NAND芯片或NAND硅片能够通过多通道并行操作，进一步MRAM-NAND控制器的提高读写速度。
进一步地，MRAM-NAND控制器中还包括DMA控制器，DMA控制器分别与MRAM模块、NAND控制器连接。
本发明提供的MRAM-NAND控制器，MRAM模块通过DMA控制器与NAND控制器交换数据，不会影响到主机芯片的运行，也不会占用MRAM-NAND控制器内部总线，有助于提高读写速度。
主机接口采用DDR DRAM接口，使得贴片式固态硬盘的读写速度不再受限于串行接口的速度，DDR RAM接口的速度比SATA或PCIe接口的速度快得多，使得贴片式固态硬盘的读写速度大大提高。
进一步地，主机接口中预留一段地址，用于主机芯片控制NAND控制器与DMA控制器的操作。
本发明还提供一种贴片式固态硬盘，包括MRAM-NAND控制器与NAND模块，MRAM-NAND控制器与NAND模块连接。
进一步地，贴片式固态硬盘能够直接贴片到包括主机芯片的主板上，减少占用主板的面积，使得固态硬盘的尺寸较小，不仅能够应用到计算机上，也能够应用在平板电脑与手机上。
进一步地，MRAM-NAND控制器为MRAM-NAND控制器芯片，NAND模块为NAND芯片，MRAM-NAND控制器芯片与NAND芯片采用POP封装技术叠在一起，贴片到主板上。
进一步地，MRAM-NAND控制器芯片下面设置植球触点，用于将MRAM-NAND控制器芯片贴片到主板上；MRAM-NAND控制器芯片上面设置焊盘，用于将NAND芯片贴片到MRAM-NAND控制器芯片上。
进一步地，MRAM-NAND控制器为MRAM-NAND控制器硅片，NAND模块为NAND硅片，MRAM-NAND控制器硅片与NAND硅片，采用3D SIC技术叠合后封装，贴片到主板上。
与现有技术相比，本发明提供的MRAM-NAND控制器及贴片式固态硬盘具有以下有益效果：
(1)由于采用MRAM-NAND控制器以及POP与3D SIC技术，使得贴片式固态硬盘尺寸更小，能够直接贴片到主板上；不仅能够应用到计算机上，也能够应用在平板电脑与手机上；
(2)MRAM-NAND控制器的主机接口，采用DDR DRAM接口，使得贴片式固态硬盘的读写速度不再受限于串行接口的速度，DDR RAM接口的速度比SATA或PCIe接口的速度快得多，使得贴片式固态硬盘的读写速度大大提高；
(3)MRAM和NAND组合，通过MRAM为NAND充当缓存，以及各种算法设计，提高固态硬盘总体的存储性能；
(4)MRAM模块通过DMA控制器与NAND控制器交换数据，不会影响到主机芯片的运行，也不会占用MRAM-NAND控制器内部总线，有助于提高读写速度。
附图说明
图1是现有技术中用于计算机的固态硬盘结构示意图；
图2是现有技术中用于手机、平板电脑的存储结构示意图；
图3是本发明的一个实施例的贴片式固态硬盘的结构示意图；
图4是图3所示的贴片式固态硬盘采用POP封装的示意图；
图5是本发明的另一个实施例的贴片式固态硬盘的结构示意图；
图6是图5所示的贴片式固态硬盘采用3D SIC技术的示意图。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于以下实施例。
如图3所示，本发明的一个实施例的MRAM-NAND控制器，包括MRAM模块、主机接口与NAND控制器，主机接口用于MRAM模块、NAND控制器与系统主芯片连接，NAND控制器与NAND芯片连接。
本发明提供的MRAM-NAND控制器，由于MRAM模块具有静态随机存储器(SRAM)的高速读取写入能力，以及动态随机存储器(DRAM)的高密度，使得MRAM-NAND控制器的读写速度更快、尺寸更小。
NAND控制器为单通道或多通道，与NAND芯片通过多通道(32bit、64bit、128bit等)并行操作，能够进一步MRAM-NAND控制器的提高读写速度。
NAND控制器与NAND芯片或NAND硅片通过NAND接口连接，NAND接口为符合ONFI4.0标准的接口。本实施例中，NAND接口选择目前最先进的ONFI4.0接口标准，通过多通道实现128bit的宽度，这样的基于MRAM的贴片式固态硬盘最快可以实现约12GB/s的连续读写速度，比目前市场上的固态硬盘快20多倍。128bit的NAND接口可以用2片BGA封装的64bitNAND实现，或是4片BGA封装的32bit NAND实现。
MRAM-NAND控制器中还可以包括DMA控制器，DMA控制器分别与MRAM模块、NAND控制器连接。
DMA(Direct Memory Access)控制器是直接内存访问控制器，是一种不经过CPU而直接从内存存取数据的数据交换模式。在DMA模式下，CPU只须向DMA控制器下达指令，让DMA控制器来处理数据的传送，数据传送完毕再把信息反馈给CPU，这样就很大程度上减轻了CPU资源占有率，可以大大节省系统资源。
本实施例的MRAM-NAND控制器中，MRAM模块通过DMA控制器与NAND控制器交换数据，不会影响到主机芯片的运行，也不会占用MRAM-NAND控制器内部总线，有助于提高读写速度。
主机接口是DDR DRAM接口，DDR RAM接口的速度比SATA或PCIe接口的速度快得多，使得贴片式固态硬盘的读写速度不再受限于串行接口的速度，读写速度大大提高。本实施例中，DDR DRAM接口选择目前最先进64bit DDR4接口标准，理论上可以实现约50G/s的最快短时间读写速度。
主机接口中预留一段地址，用于主机芯片控制NAND控制器与DMA控制器的操作。
如图3所示，本发明的一个实施例的贴片式固态硬盘，包括MRAM-NAND控制器芯片与NAND芯片，MRAM-NAND控制器芯片与NAND芯片连接。
贴片式固态硬盘能够直接贴片到包括主机芯片的主板上，减少占用主板的面积，使得固态硬盘的尺寸较小，不仅能够应用到计算机上，也能够应用在平板电脑与手机上。
如图4所示，MRAM-NAND控制器芯片与NAND芯片，采用POP封装技术叠在一起，贴片到主板上。
MRAM-NAND控制器芯片下面设置植球触点，用于将MRAM-NAND控制器芯片贴片到主板上；MRAM-NAND控制器芯片上面设置焊盘，用于将NAND芯片贴片到MRAM-NAND控制器芯片上。
如图5所示，本发明的另一个实施例的贴片式固态硬盘，与图3中的贴片式固态硬盘的区别在于：包括MRAM-NAND控制器硅片与NAND硅片，MRAM-NAND控制器硅片与NAND硅片连接，MRAM-NAND控制器硅片与NAND硅片，采用3D SIC技术叠合在一起再封装成一个芯片，贴片到主板上。
如图6所示，采用3D SIC技术，将MRAM-NAND控制器硅片和NAND硅片叠合起来，通过过硅通孔(TSV—Through Silicon Vias)连接在一起，再加外壳底板封装成芯片。
本实施例的基于MRAM的贴片式固态硬盘，通过一个SOC芯片实现，可以在支持嵌入式MRAM工艺的流片厂生产。
本实施例的贴片式固态硬盘的控制软件，可以储存在MRAM模块的一个区域内，在主芯片上运行。
控制软件把MRAM模块的存储空间划分为NAND缓存区、核心程序存储区以及其他计算使用区等，实现现有技术中的固态硬盘中的NAND读写控制及NAND优化使用等功能。
本发明提供的MRAM-NAND控制器及贴片式固态硬盘，由于采用MRAM-NAND控制器以及POP与3D SIC封装技术，使得贴片式固态硬盘尺寸更小，能够直接贴片到主板上；不仅能够应用到计算机上，也能够应用在平板电脑与手机上；MRAM-NAND控制器的主机接口，采用DDR DRAM接口，使得贴片式固态硬盘的读写速度不再受限于串行接口的速度，DDR RAM接口的速度比SATA或PCIe接口的速度快得多，使得贴片式固态硬盘的读写速度大大提高；MRAM模块通过DMA控制器与NAND芯片交换数据，不会影响到主机芯片的运行，也不会占用MRAM-NAND控制器内部总线，有助于提高读写速度。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种MRAM-NAND控制器，其特征在于，所述MRAM-NAND控制器包括嵌入式MRAM、采用DDR DRAM接口标准的主机接口与NAND控制器，所述主机接口用于所述嵌入式MRAM、所述NAND控制器与所述主机芯片连接，所述MRAM-NAND控制器制成在一个硅片上。
2.如权利要求1所述的MRAM-NAND控制器，其特征在于，所述NAND控制器为单通道或多通道。
3.如权利要求1所述的MRAM-NAND控制器，其特征在于，所述MRAM-NAND控制器中还包括DMA控制器，所述DMA控制器分别与所述MRAM模块、所述NAND控制器连接。
4.如权利要求3所述的MRAM-NAND控制器，其特征在于，所述主机接口中预留一段地址，用于所述主机芯片控制所述NAND控制器与所述DMA控制器的操作。
5.一种贴片式固态硬盘，其特征在于，所述贴片式固态硬盘包括如权利要求1-4任一项所述的MRAM-NAND控制器与NAND模块，所述MRAM-NAND控制器与所述NAND模块封装在一个芯片内；所述贴片式固态硬盘能够直接贴片到包括主机芯片的主板上。
6.如权利要求5所述的贴片式固态硬盘，其特征在于，所述MRAM-NAND控制器为MRAM-NAND控制器芯片，所述NAND模块为NAND芯片，所述MRAM-NAND控制器芯片与所述NAND芯片采用POP封装技术叠在一起，贴片到所述主板上。
7.如权利要求6所述的贴片式固态硬盘，其特征在于，所述MRAM-NAND控制器芯片下面设置植球触点，用于将所述MRAM-NAND控制器芯片贴片到所述主板上；所述MRAM-NAND控制器芯片上面设置焊盘，用于将所述NAND芯片贴片到所述MRAM-NAND控制器芯片上。
8.如权利要求5所述的贴片式固态硬盘，其特征在于，所述MRAM-NAND控制器为MRAM-NAND控制器硅片，所述NAND模块为NAND硅片，所述MRAM-NAND控制器硅片与所述NAND硅片，采用3D SIC技术叠合后封装，贴片到所述主板上。
CN201510098598.7A 2015-03-05 2015-03-05 一种mram-nand控制器及贴片式固态硬盘 Active CN104681077B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510098598.7A CN104681077B (zh) 2015-03-05 2015-03-05 一种mram-nand控制器及贴片式固态硬盘

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510098598.7A CN104681077B (zh) 2015-03-05 2015-03-05 一种mram-nand控制器及贴片式固态硬盘

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104681077A CN104681077A (zh) 2015-06-03
CN104681077B true CN104681077B (zh) 2018-07-31

Family

ID=53316017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510098598.7A Active CN104681077B (zh) 2015-03-05 2015-03-05 一种mram-nand控制器及贴片式固态硬盘

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104681077B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105630408A (zh) * 2015-07-10 2016-06-01 上海磁宇信息科技有限公司 一种集成mram的固态硬盘控制芯片及固态硬盘
CN105608013B (zh) * 2015-07-10 2019-03-08 上海磁宇信息科技有限公司 一种集成mram的存储卡控制芯片及存储卡
CN105116975A (zh) * 2015-08-28 2015-12-02 山东超越数控电子有限公司 一种计算机板载硬盘及其实现方法
CN105786409B (zh) * 2016-02-26 2018-12-14 联想(北京)有限公司 一种电子设备及资源共享方法
CN110727470B (zh) * 2018-06-29 2023-06-02 上海磁宇信息科技有限公司 一种混合式非失性存储装置
CN110471619A (zh) * 2019-07-05 2019-11-19 深圳市金泰克半导体有限公司 固态硬盘的数据处理方法、固态硬盘及主机
CN112486401B (zh) * 2019-09-11 2022-11-08 上海磁宇信息科技有限公司 Mram-nand控制器及内存条
CN112650439B (zh) * 2019-10-10 2023-03-21 上海磁宇信息科技有限公司 Mram-nand控制器及其数据写入方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102171667A (zh) * 2008-06-27 2011-08-31 马维尔国际贸易有限公司 具有无线功能性的固态盘
CN202352651U (zh) * 2011-10-19 2012-07-25 深圳市劲升迪龙科技发展有限公司 一种ssd的封装结构
CN102890532A (zh) * 2011-07-22 2013-01-23 北京盛博协同科技有限责任公司 一种高度集成、多功能、大容量存贮x86单板计算机模块标准
CN203838697U (zh) * 2014-05-27 2014-09-17 浪潮电子信息产业股份有限公司 一种基于ddr接口的固态硬盘装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8140739B2 (en) * 2008-08-08 2012-03-20 Imation Corp. Flash memory based storage devices utilizing magnetoresistive random access memory (MRAM) to store files having logical block addresses stored in a write frequency file buffer table
US20110060869A1 (en) * 2009-09-08 2011-03-10 Ocz Technology Group, Inc. Large capacity solid-state storage devices and methods therefor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102171667A (zh) * 2008-06-27 2011-08-31 马维尔国际贸易有限公司 具有无线功能性的固态盘
CN102890532A (zh) * 2011-07-22 2013-01-23 北京盛博协同科技有限责任公司 一种高度集成、多功能、大容量存贮x86单板计算机模块标准
CN202352651U (zh) * 2011-10-19 2012-07-25 深圳市劲升迪龙科技发展有限公司 一种ssd的封装结构
CN203838697U (zh) * 2014-05-27 2014-09-17 浪潮电子信息产业股份有限公司 一种基于ddr接口的固态硬盘装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN104681077A (zh) 2015-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104681077B (zh) 一种mram-nand控制器及贴片式固态硬盘
US11687454B2 (en) Memory circuit and cache circuit configuration
US10025737B2 (en) Interface for storage device access over memory bus
CN103680594B (zh) 降低写失败的存储器件、包括该存储器件的系统及其方法
CN109840223A (zh) 存储器装置、包括其的电子装置和电子装置的操作方法
CN105027092B (zh) 具有sdram接口的dram、混合闪存存储器模块
CN106504782A (zh) 用于改善信号完整性的半导体存储器装置和半导体系统
US11287978B2 (en) Data storage devices, having scale-out devices to map and control groups on non-volatile memory devices
KR102501147B1 (ko) 메모리에서 에러 체킹 및 정정 코드의 확장된 적용
US20180285252A1 (en) Optimized memory access bandwidth devices, systems, and methods for processing low spatial locality data
US10691338B2 (en) Data storage device and data processing system including same
CN112748859B (zh) Mram-nand控制器及其数据写入方法
KR20210094446A (ko) 신규 커맨드 입력 방식을 지원하는 메모리 장치 및 그것의 동작 방법
CN104409099B (zh) 基于FPGA的高速eMMC阵列控制器
US20210232512A1 (en) Hybrid Storage Device and Access Method
Khalifa et al. Memory controller architectures: A comparative study
US10467160B2 (en) Memory channel having more than one DIMM per motherboard DIMM connector
US20220368047A1 (en) Adapter card with compression attached memory modules
US8788748B2 (en) Implementing memory interface with configurable bandwidth
CN112650439B (zh) Mram-nand控制器及其数据写入方法
CN112486401B (zh) Mram-nand控制器及内存条
US20230333928A1 (en) Storage and access of metadata within selective dynamic random access memory (dram) devices
US20230393740A1 (en) Four way pseudo split die dynamic random access memory (dram) architecture
CN116895305A (zh) 提供对封装存储器的细粒度访问

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant