CN115617274A - 一种具备坏块管理功能的存内计算装置及操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具备坏块管理功能的存内计算装置及操作方法，涉及存储器管理技术领域，装置包括存内计算单元、地址映射模块、虚拟地址列表和坏块检测模块；地址映射模块用于将存内计算单元的物理地址映射为虚拟地址，并存储存内计算单元的使用状态及其物理地址和虚拟地址之间的映射关系，以及将坏块的存内计算单元的虚拟地址与未使用的存内计算单元的虚拟地址进行互换；虚拟地址列表用于存储虚拟地址；坏块检测模块用于检测存内计算单元的好坏，判断该存内计算单元是否为坏块。本申请将存内计算单元的物理地址映射为虚拟地址，可以灵活地对任意虚拟地址对应的计算单元进行替换，大幅地提升了存内计算芯片的可靠性和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于存储器管理技术领域，具体涉及一种具备坏块管理功能的存内计算装置及操作方法。
背景技术
随着人工智能技术的快速发展和应用，中央处理器和存储器之间需要进行大量且频繁的数据传输，所造成的存储墙和功耗墙的问题，成为了当今公认的传统冯.诺依曼架构体系中最大的瓶颈。为了突破传统冯.诺依曼架构中的以上瓶颈，存算一体架构被提了出来。
存内计算芯片是利用存储器进行矩阵计算的芯片，以存储单元充当计算单元。也就是说，存内计算芯片中的计算单元其实就是存储器芯片中的存储单元，但是存内计算对于存储单元的可靠性要求更高。
对于传统的数据存储芯片而言，如果其中某一个存储单元发生损坏，我们只需要将其中的数据搬移到其余可用的存储单元中，并标记此存储单元已损坏，弃用之即可。但是对于存内计算芯片而言，在一个计算阵列当中只要发生一个计算单元的损坏，则整个计算阵列都将无法继续使用。
为解决以上问题，我们可以非常容易地想到为每个计算单元设置一个备份，当我们发现某个计算单元发生损坏的时候，我们使用备份来替代当前的计算单元即可。但是，此技术方案会带来非常多的新问题，比如当我们为每个计算单元设置一个备份之后，必然造成芯片面积翻倍的问题，进而还将造成芯片的生产制造成本大幅提升的问题。与此同时，原本可以实现的算力，也会因为有一半备份的计算单元的存在而折损一半。
综上所述，目前还没有具备坏块管理功能的，高可靠性存内计算装置及操作方法。
发明内容
为解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种具备坏块管理功能的存内计算装置及操作方法，旨在解决目前存内计算装置不具备坏块管理功能、存内计算单元可靠性低，造成芯片制造成本高的问题。
为达成以上目的，本申请采用如下技术方案：
本发明提供了一种具备坏块管理功能的存内计算装置，包括存内计算单元、地址映射模块、虚拟地址列表和坏块检测模块；所述地址映射模块用于将存内计算单元的物理地址映射为虚拟地址，并存储存内计算单元的使用状态及其物理地址和虚拟地址之间的映射关系，以及将坏块的存内计算单元的虚拟地址与未使用的存内计算单元的虚拟地址进行互换；所述虚拟地址列表用于存储存内计算单元对应的虚拟地址；所述坏块检测模块用于检测存内计算单元的好坏，判断该存内计算单元是否为坏块。
进一步地，所述地址映射模块包括地址映射单元、地址配置单元和数据存储单元；地址映射单元用于将每个存内计算单元的物理地址映射为虚拟地址；地址配置单元用于将坏块的存内计算单元的虚拟地址与未使用的存内计算单元的虚拟地址进行互换；数据存储单元用于存储每个存内计算单元的物理地址和虚拟地址之间的地址映射关系，以及每个存内计算单元的使用状态。
进一步地，所述将坏块的存内计算单元的虚拟地址与未使用的存内计算单元的虚拟地址进行互换具体为：将坏块的存内计算单元对应的虚拟地址映射到未使用的存内计算单元的物理地址上，并将坏块的存内计算单元物理地址映射到未使用的存内计算单元的虚拟地址上。
进一步地，所述数据存储单元为浮栅晶体管、PCRAM存储介质、MRAM存储介质中的一种。
一种具备坏块管理功能的存内计算操作方法，采用上述的一种具备坏块管理功能的存内计算装置实现，所述操作方法包括：
S1：将每个存内计算单元的物理地址映射为一个对应的虚拟地址，并将虚拟地址存储在虚拟地址列表中，同时记录存储每个存内计算单元的使用状态及其物理地址与虚拟地址之间的映射关系；
S2：检测每个存内计算单元的使用状态，将未使用的存内计算单元预留为备用存内计算单元；
S3：对用户发起访问操作对应的存内计算单元的好坏进行检测，判断该存内计算单元是否为坏块；
S4：若检测到当前存内计算单元为坏块，则将坏块的存内计算单元的虚拟地址与备用存内计算单元的虚拟地址进行互换，将坏块的存内计算单元替换为未使用的存内计算单元供用户访问。
进一步地，所述将坏块的存内计算单元的虚拟地址与未使用的存内计算单元的虚拟地址进行互换具体为：将坏块的存内计算单元对应的虚拟地址映射到未使用的存内计算单元的物理地址上，并将坏块的存内计算单元物理地址映射到未使用的存内计算单元的虚拟地址上。
本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：本申请提供的具备坏块管理功能的存内计算装置，包括存内计算单元、地址映射模块、虚拟地址列表和坏块检测模块。本申请利用地址映射模块将存内计算单元的物理地址映射为虚拟地址，并存储存内计算单元的使用状态及其物理地址和虚拟地址之间的映射关系，以及将坏块的存内计算单元的虚拟地址与未使用的存内计算单元的虚拟地址进行互换。同时使用虚拟地址列表来存储存内计算单元对应的虚拟地址，通过坏块检测模块对用户发起访问操作对应的存内计算单元的好坏进行检测，判断该存内计算单元是否为坏块，当判断出坏块的存内计算单元时，将坏块的存内计算单元的虚拟地址与未使用的存内计算单元的虚拟地址进行互换，将坏块的存内计算单元替换为未使用的存内计算单元供用户访问，使存内计算芯片当中的每一个计算单元发生损坏时，都可以被替换和修复，大幅地提升了存内计算芯片的可靠性和稳定性，避免了为每个存内计算单元设置备份的方案所带来的芯片面积过大的问题，同时也避免了芯片生产制造成本过高的问题。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一实施例示出的具备坏块管理功能的存内计算装置架构框图；
图2是根据一实施例示出的地址映射关系示意图；
图3是根据一实施例示出的坏块管理操作方法流程图；
图4是根据一实施例示出的坏块管理操作方法示意图；
图5是根据一实施例示出的地址映射模块的功能示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。
请参阅图1，图1是根据一示例性实施例示出的一种具备坏块管理功能的存内计算装置架构示意图。如图1所示，一种具备坏块管理功能的存内计算装置，包括存内计算单元、地址映射模块、虚拟地址列表和坏块检测模块。其中所述地址映射模块用于将存内计算单元的物理地址映射为虚拟地址，并存储存内计算单元的使用状态及其物理地址和虚拟地址之间的映射关系，以及将坏块的存内计算单元的虚拟地址与未使用的存内计算单元的虚拟地址进行互换；所述虚拟地址列表用于存储存内计算单元对应的虚拟地址；所述坏块检测模块用于检测存内计算单元的好坏，判断该存内计算单元是否为坏块。
其中，存内计算单元的好坏检测判断原理包括：1、写入数据，读出进行错误比对，当持续几次读出来的数据均是错误的，则判断存内计算单元坏块。2、对于已经出厂的产品，进行校验位比对，发现错误则该数据为损坏，写入修复数据对比，如果持续写入修复的结果还是错误的，则判断存内计算单元为永久坏块。3、数据一直无法写入。
进一步地，在一个实施例中，本申请在设计存内计算芯片的时候，不将存内计算单元的物理地址直接暴露出来给外部访问，而是通过一个地址映射模块将物理地址映射为一个虚拟地址供外部访问。当我们的程序要访问存内计算单元的时候，并不是直接访问其物理地址，而是访问其虚拟地址。存内计算单元的物理地址和虚拟地址之间的映射关系，可以通过地址映射模块进行任意的映射。而在存内计算芯片出厂时，其存内计算单元的实际数量大于虚拟地址列表中的计算单元数量，也就是说此时预留了一部分存内计算单元作为备用单元。当我们发现某一个正在使用的存内计算单元发生损坏之后，只需要通过配置地址映射模块，将已经损坏的存内计算单元和可用的备用存内计算单元的虚拟地址进行互换，即可实现以可用的备用计算单元替代损坏的计算单元的目标。
进一步地，本技术方案中还在地址映射模块当中引入了一个数据存储功能，此功能用于存储当前每一个计算单元的物理地址和虚拟地址之间的映射关系，以及每一个计算单元当前的状态，即损坏与否。当我们发现有正在使用的计算单元发生损坏的时候，只要从还未使用的计算单元当中选择一个来替换掉发生损坏的计算单元即可。
具体的，参照图5，本申请设计的地址映射模块包括地址映射单元、地址配置单元和数据存储单元；地址映射单元用于将每个存内计算单元的物理地址映射为虚拟地址；地址配置单元用于将坏块的存内计算单元的虚拟地址与未使用的存内计算单元的虚拟地址进行互换；数据存储单元用于存储每个存内计算单元的物理地址和虚拟地址之间的地址映射关系，以及每个存内计算单元的使用状态。
进一步地，所述将坏块的存内计算单元的虚拟地址与未使用的存内计算单元的虚拟地址进行互换具体为：将坏块的存内计算单元对应的虚拟地址映射到未使用的存内计算单元的物理地址上，并将坏块的存内计算单元物理地址映射到未使用的存内计算单元的虚拟地址上。
具体的，本申请方案中，对于一个128行的计算阵列而言，我们预留8行额外的存内计算单元作为作备份即可（预留存内计算单元的数量也可根据实际需求而定）。这额外的8行存内计算单元可以灵活地作为任何一行存内计算单元的备份，当任何一行存内计算单元发生损坏的时候，我们都可以从这8行备份存内计算单元当中任取一行来替换损坏的行。
如附图2所示，当我们对计算阵列进行设计的时候，一共准备128+8=135个计算单元，它们的物理地址为0x0000-0x0087。但是它们当中只有0x0000-0x007F通过地址映射模块，映射到了虚拟地址列表中的0x0000-0x007F，其余的0x0080-0x0087的8个计算单元留作备用。
进一步地，所述数据存储单元为浮栅晶体管、PCRAM存储介质、MRAM存储介质中的一种。在地址映射模块当中采用浮栅晶体管来存储地址映射关系，可以通过对数据存储单元进行充/放电来选择性地导通/切断相应的线路，利用浮栅晶体管的非易失性，使得计算单元的物理地址所对应的虚拟地址发生持久化的配置生效。
需要特别说明的是，本技术方案中并不局限于使用浮栅晶体管来存储地址映射关系，还可以采用PCRAM、MRAM等存储介质。无论采用哪一种存储介质来实现此功能，均未脱离本技术方案的核心思想，都落入本专利的保护范围中。
我们在芯片的日常运行过程中，仅使用前面128个地址来进行计算，也就是只使用物理地址为0x0000-0x007F的计算单元。当任何一个正在使用的计算单元发生损坏的时候，我们就可以通过对地址映射模块进行设置，将发生损坏的计算单元和未使用的计算单元的虚拟地址进行互换，进而实现对损坏的计算单元的替换操作。
本申请方案中，如图3所示，还提供了一种具备坏块管理功能的存内计算操作方法，采用上述的一种具备坏块管理功能的存内计算装置实现，所述操作方法包括：
S1：将每个存内计算单元的物理地址映射为一个对应的虚拟地址，并将虚拟地址存储在虚拟地址列表中，同时记录存储每个存内计算单元的使用状态及其物理地址与虚拟地址之间的映射关系；
S2：检测每个存内计算单元的使用状态，将未使用的存内计算单元预留为备用存内计算单元；
S3：对用户发起访问操作对应的存内计算单元的好坏进行检测，判断该存内计算单元是否为坏块；
S4：若检测到当前存内计算单元为坏块，则将坏块的存内计算单元的虚拟地址与备用存内计算单元的虚拟地址进行互换，将坏块的存内计算单元替换为未使用的存内计算单元供用户访问。
进一步地，所述将坏块的存内计算单元的虚拟地址与未使用的存内计算单元的虚拟地址进行互换具体为：将坏块的存内计算单元对应的虚拟地址映射到未使用的存内计算单元的物理地址上，并将坏块的存内计算单元物理地址映射到未使用的存内计算单元的虚拟地址上。
请参照图4，本申请方案结合上述的计算阵列给出了对坏块的存内计算单元进行管理操作的过程，图4中虚拟地址为0x0002的计算单元发生了损坏，它所对应的是物理地址为0x0002的计算单元。此时我们在地址映射模块当中的存储器当中读取到当前还存在物理地址为0x0080-0x0087的8个可用的备用存内计算单元。此时我们选择物理地址为0x0080的存内计算单元，将它的虚拟地址映射到0x0002，同时将已经损坏的物理地址为0x0002的存内计算单元的虚拟地址映射到0x0080，也就是将物理地址为0x0002和0x0080的存内计算单元的虚拟地址进行互换，进而实现了以可用的存内计算单元替换损坏的存内计算单元的目的。
本申请方案使存内计算芯片当中的每一个计算单元发生损坏时，都可以被替换和修复，大幅地提升了存内计算芯片的可靠性和稳定性；实现了“一次配置，持续有效”，避免了因为频繁地软件配置而造成的算力折损；避免了为每个计算单元设置备份的方案所带来的芯片面积过大的问题，同时也就避免了芯片生产制造成本过高的问题。同时本技术方案可以灵活地对任意虚拟地址对应的计算单元进行替换，即便是同一虚拟地址对应的计算单元发生多次损坏，依然可以从容应对。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”、“多”的含义是指至少两个。
应该理解，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件；当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接；使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种具备坏块管理功能的存内计算装置，其特征在于，包括存内计算单元、地址映射模块、虚拟地址列表和坏块检测模块；所述地址映射模块用于将存内计算单元的物理地址映射为虚拟地址，并存储存内计算单元的使用状态及其物理地址和虚拟地址之间的映射关系，以及将坏块的存内计算单元的虚拟地址与未使用的存内计算单元的虚拟地址进行互换；所述虚拟地址列表用于存储存内计算单元对应的虚拟地址；所述坏块检测模块用于检测存内计算单元的好坏，判断该存内计算单元是否为坏块。
2.根据权利要求1所述的一种具备坏块管理功能的存内计算装置，其特征在于，所述地址映射模块包括地址映射单元、地址配置单元和数据存储单元；地址映射单元用于将每个存内计算单元的物理地址映射为虚拟地址；地址配置单元用于将坏块的存内计算单元的虚拟地址与未使用的存内计算单元的虚拟地址进行互换；数据存储单元用于存储每个存内计算单元的物理地址和虚拟地址之间的地址映射关系，以及每个存内计算单元的使用状态。
3.根据权利要求2所述的一种具备坏块管理功能的存内计算装置，其特征在于，所述将坏块的存内计算单元的虚拟地址与未使用的存内计算单元的虚拟地址进行互换具体为：将坏块的存内计算单元对应的虚拟地址映射到未使用的存内计算单元的物理地址上，并将坏块的存内计算单元物理地址映射到未使用的存内计算单元的虚拟地址上。
4.根据权利要求2所述的一种具备坏块管理功能的存内计算装置，其特征在于，所述数据存储单元为浮栅晶体管、PCRAM存储介质、MRAM存储介质中的一种。
5.一种具备坏块管理功能的存内计算操作方法，采用上述权利要求1~4任意一项所述的一种具备坏块管理功能的存内计算装置实现，其特征在于，所述操作方法包括：
S1：将每个存内计算单元的物理地址映射为一个对应的虚拟地址，并将虚拟地址存储在虚拟地址列表中，同时记录存储每个存内计算单元的使用状态及其物理地址与虚拟地址之间的映射关系；
S2：检测每个存内计算单元的使用状态，将未使用的存内计算单元预留为备用存内计算单元；
S3：对用户发起访问操作对应的存内计算单元的好坏进行检测，判断该存内计算单元是否为坏块；
S4：若检测到当前存内计算单元为坏块，则将坏块的存内计算单元的虚拟地址与备用存内计算单元的虚拟地址进行互换，将坏块的存内计算单元替换为未使用的存内计算单元供用户访问。
6.根据权利要求5所述的一种具备坏块管理功能的存内计算装置，其特征在于，所述将坏块的存内计算单元的虚拟地址与未使用的存内计算单元的虚拟地址进行互换具体为：将坏块的存内计算单元对应的虚拟地址映射到未使用的存内计算单元的物理地址上，并将坏块的存内计算单元物理地址映射到未使用的存内计算单元的虚拟地址上。
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