-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Speichern von Daten
und eine Einrichtung zum Speichern von Daten, und betrifft insbesondere ein
Verfahren zum Speichern von Daten in einer Speichereinrichtung,
die in Speicherzellenzeilen und Speicherzellenspalten angeordnete
Speicherzellen aufweist, wobei durch fehlerhafte Speicherzellen
hervorgerufene Systemfehler beseitigt werden.
-
Bei
der Konzeption, dem Design und dem Aufbau von Speicherbausteinen
ist es unvermeidlich, dass während
der Betriebszeit eines Speicherbausteins, d.h. während sich der Speicherbaustein
in einem aktiven Zustand in einer Schaltung befindet, Systemausfälle auftreten,
welche durch fehlerhafte Speicherzellen hervorgerufen werden.
-
Hierbei
ist der genaue Aufbau eines Speicherbausteins unwesentlich, so dass
im Folgenden Speicherbausteine ganz allgemein als "Speichereinrichtungen" bezeichnet werden.
Durch die zunehmende Komplexität
elektronischer Schaltungen und der dabei sich ständig erhöhenden Integrationsdichte von
Schaltungseinheiten ("Chips") ergeben sich derartige
Systemausfälle
beispielsweise durch Probleme bei der Zuverlässigkeit des Speicherbausteins, hervorgerufen
durch Elektromigration etc.
-
Viele
elektronische Systeme, in welchen Speichereinheiten angeordnet sind,
reagieren sehr empfindlich auf ein Auftreten von Speicherzellendefekten,
so dass mit einer zunehmenden Integrationsdichte auch die Anforderungen
an eine Zuverlässigkeit
und Verfügbarkeit
von Speichereinheiten zunehmen. Bedingt durch die zunehmende Komplexität elektronischer
Schaltungseinheiten ist eine Abwägung
("Trade-Off") zwischen einer
Effizienz eines Schaltungsentwurfs und einer Konzeption der zu erstellenden
Hardware durchzuführen.
Bei vorhandenen Hardware-Konzepten ist es erforderlich, dass diese
in unterschiedlichen Schaltungsumgebungen einsetzbar sind, auch
dann, wenn fehlerhafte Speicherzellen auftreten.
-
2 zeigt
ein Zeitdiagramm eines herkömmlichen
Ablaufs bei einem Auftreten eines Speicherzellendefekts in einer
herkömmlichen
Speichereinrichtung. In 2 bezeichnet ein Bezugszeichen 201 eine
herkömmliche
Systemverfügbarkeit,
welche zwischen 0 % und 100 % variieren kann.
-
Eine
Zeitachse 202 ("Zeit") bezeichnet unterschiedliche
Zeitpunkte und ist in einem derartigen Maßstab angeordnet, dass ein
Zeitverlauf von einem Auftreten eines Speicherzellendefekts 203 bis
zu dem Ende eines Bootvorgangs 207 darstellbar ist. In herkömmlicher
Weise muss bei einem Auftreten eines Speicherzellendefekts 203 das
Gesamtsystem abgeschaltet werden, so dass sich ein Systemausfallbeginn 204 unmittelbar
nach einem Auftreten eines Speicherzellendefekts 203 ergibt.
-
Herkömmliche
Systemausfälle
haben zur Folge, dass eine Systemverfügbarkeit 201 von 100
% (unter der Annahme, dass keine weiteren Defekte aufgetreten sind)
auf 0 % absinkt. Schließlich
wird die defekte Hardware ausgetauscht, was insbesondere bei komplexen
elektronischen Systemen teuer und zeitaufwendig ist. Ein Bezugszeichen 206 gibt
eine sogenannte Speicheraustauschzeitdauer an.
-
Nach
dem Ablauf der Speicheraustauschzeitdauer 206 endet der
Total-Systemausfall, d.h. die herkömmliche Systemverfügbarkeit 201 steigt
langsam, ausgehend von 0 % wieder an. Nach einer Boot-Zeitdauer 208 wird
zu dem Bootvorgang-Ende 207 die volle (100 %) herkömmliche
Systemverfügbarkeit 201 wieder
erreicht.
-
Es
ist somit ein Nachteil herkömmlicher
Verfahren zum Beheben eines Speicherdefekts, dass eine lange Systemausfallzeit auftritt,
die unter Bezugnahme auf 2 als eine Summe der Speicheraustauschzeitdauer 206 und
der Boot-Zeitdauer 208 auftritt.
-
Ein
weiterer Nachteil herkömmlicher
Verfahren zur Wiedergewinnung einer Systemverfügbarkeit 201 besteht
darin, dass ein Austauschen defekter Hardware bzw. ein Abschalten
des Gesamtsystems teuer und unter Umständen nicht durchführbar ist,
da Gesamtsystemausfälle
vermieden werden sollen.
-
Die
US 4 939 694 offenbart ein
Speichersystem, das sich im Betriebseinsatz selbst testet, um fehlerhafte
Speicherzellen aufzufinden. Sobald fehlerhafte Speicherzellen aufgefunden
werden, verwendet das Speichersystem eine Fehlerkorrekturfunktion,
um die fehlerhaften Speicherzellen zu korrigieren. Wird die Fehlerkorrekturfunktion
mit fehlerhaften Speicherzellen überlastet,
ersetzt das Speichersystem die fehlerhaften Speicherzellen.
-
Es
ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Speichern von Daten in einer Speichereinrichtung bereitzustellen,
bei dem fehlerhafte Speicherzellen einer Speichereinheit während der
Betriebszeit eines Speichers durch redundante Speicherzellen ersetzt
werden, wobei die redundanten Speicherzellen effektiv ausgenutzt
werden.
-
Zweckmäßigerweise
wird auf die redundanten Speicherzellen derart zugegriffen, dass
ein System-Neustart bzw. ein System-Booten vermieden wird.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das
im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren sowie durch ein elektronisches
System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst.
-
Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Ein
wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, eine Systemverfügbarkeit
bei einem Auftreten eines Defekts in Speicherzellen ganz oder zumindest
teilweise aufrecht zu erhalten, indem in der Speichereinrichtung
vorhandene, redundante Speicherzellen die Funktion defekter Speicherzellen übernehmen.
-
Damit
ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass eine (gegebenenfalls
geringfügig
abgesenkte) Systemverfügbarkeit
auch bei einem Auftreten von Defekten in Speicherzellen aufrecht
erhalten werden kann.
-
Weiterhin
ist es zweckmäßig, dass
das erfindungsgemäße Verfahren
in vorteilhafter Weise stets vorhandene, redundante Speicherzellen
effektiv ausnutzt, so dass eine wirtschaftliche Schaltungsentwicklung
ermöglicht
wird.
-
Insbesondere
werden fehlerhafte Speicherzellen der Speichereinrichtung durch
einen Austausch mindestens einer Speicherzellenzeile und/oder mindestens
einer Speicherzellenspalte ersetzt. Damit wird in vorteilhafter
Weise ermöglicht, dass,
falls eine fehlerhafte Speicherzelle in der Speichereinrichtung
auftritt, durch das System bestimmt werden kann, ob eine entsprechende
Speicherzellenzeile oder eine entsprechende Speicherzellenspalte
für den
Ersatz der fehlerhaften Speicherzelle bzw. der fehlerhaften Speicherzellen
eingesetzt wird.
-
Ferner
wird ein Ersetzen der fehlerhaften Speicherzellen der Speichereinrichtung
durch die redundanten Speicherzellen reversibel bereitgestellt. Zweckmäßigerweise
ist es möglich,
bereits zugewiesene, redundante Speicherzellen, die fehlerhafte Speicherzellen
ersetzt haben, für
andere fehlerhafte Speicherzellen der Speichereinrichtung bereitzustellen.
-
Darüberhinaus
ist es bei einem durch fehlerhafte Speicherzellen verursachten Systemausfall nicht
erforderlich, Systemkom ponenten auszutauschen. Auf diese Weise entstehen
keine zusätzlichen Hardwarekosten
und ein kosteneffizientes Vorgehen bei Speicherzellendefekten wird
erreicht.
-
Ferner
besteht ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, dass
die Zeit einer abgesenkten Systemverfügbarkeit reduziert ist, so
dass während
eines Betriebs der Speichereinheit ein Ersatz fehlerhafter Speicherzellen
in kurzer Zeit vorgenommen werden kann.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Speichern von Daten in einer Speichereinrichtung, die in Speicherzellenzeilen
und Speicherzellenspalten angeordnete Speicherzellen aufweist, wobei
durch fehlerhafte Speicherzellen hervorgerufene Systemfehler eliminiert
werden, weist im Wesentlichen die folgenden Schritte auf:
- a) Bereitstellen von in der Speichereinrichtung vorhandenen
redundanten Speicherzellen;
- b) Lokalisieren einer defekten Speicherzelle;
- c) Auswählen
redundanter Speicherzellen der Speichereinrichtung durch einen voergegebenen Zugriffsmodus;
- d) Umleiten fehlerhafter Speicherzellen der Speichereinrichtung
durch den vorgegebenen Zugriffsmodus während eines Betriebs für einen
Zugriff auf und eine Ersetzung durch redundante Speicherzellen der
Speichereinrichtung;
wobei ein Ersetzen der fehlerhaften
Speicherzellen der Speichereinrichtung durch die redundanten Speicherzellen
reversibel erfolgt, indem bereits zugewiesene, redundante Speicherzellen,
die fehlerhafte Speicherzellen ersetzt haben, für andere fehlerhafte Speicherzellen
der Speichereinrichtung bereitgestellt werden; und fehlerhafte Speicherzellen
der Speichereinrichtung in Abhängigkeit
von dem vorgegebenen Zugriffsmodus während eines Betriebs der Speichereinrichtung
durch einen Austausch mindestens einer Speicherzellenzeile und/oder
mindestens einer Speicherzellenspalte ersetzt werden.
-
In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des
jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
-
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird ein Austausch
von fehlerhaften Speicherzellen der Speichereinrichtung in Abhängigkeit
von dem vorgegebenen Zugriffsmodus während eines Betriebs der Speichereinrichtung durch
ein Programmieren eines Zugriffsregisters durchgeführt, wobei
in vorteilhafter Weise ein Aktivierungsbit und mindestens eine Adresse
der Speicherzellenzeile und/oder der Speicherzellenspalte, die zu ersetzen
ist/sind, bereitgestellt wird.
-
Gemäß noch einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird
der vorgebbare Zugriffsmodus zum Zugreifen auf die redundanten Speicherzellen
während
eines Betriebs der Speichereinrichtung durch einen Testmodus der Speichereinrichtung
bereitgestellt.
-
Das
erfindungsgemäße elektronische
System, welches zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgebildet ist, umfasst eine Speichereinrichtung mit:
- a) in Speicherzellenzeilen und in Speicherzellenspalten angeordneten
Speicherzellen zur Speicherung von Daten;
- b) redundanten Speicherzellen zum Ersatz von fehlerhaften Speicherzellen
während
eines Betriebs der Speichereinrichtung; und
- c) einem Register zum Ersetzen fehlerhafter Speicherzellen der
Speichereinrichtung durch reversibles Bereitstellen einer Umleitung
zum Zugriff auf redundante Speicherzellen entsprechend einer Programmierung
des Registers, indem bereits zugewiesene redundante Speicherzellen,
die fehlerhafte Speicherzellen ersetzt haben, für andere fehlerhafte Speicherzellen
der Speichereinrichtung bereitstellbar sind.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
-
In
den Zeichnungen zeigen:
-
1 ein
Ablaufdiagramm zum Ersatz von fehlerhaften Speicherzellen in einer
Speichereinrichtung durch redundante Speicherzellen der Speichereinrichtung
während
eines Betriebs der Speichereinrichtung; und
-
2 ein
Ablaufdiagramm eines herkömmlichen
Verfahrens zum Ersetzen von fehlerhaften Speicherzellen.
-
In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Komponenten oder Schritte.
-
In
dem in 1 gezeigten Ablaufdiagramm ist erkennbar, dass
eine Systemverfügbarkeit 101 während der
gesamten Betriebszeit bzw. während des
gesamten Betriebs der Speichereinrichtung bzw. des Systems, in welchem
die Speichereinrichtung integriert ist, nicht vollständig auf
0 (0 %) abgesenkt ist. Über
einer Zeitachse 103 ("Zeit") ist ein Verlauf
der Systemverfügbarkeit 103 aufgetragen,
wobei angenommen wird, dass ein Speicherzellendefekt während der
Betriebszeit der Speichereinrichtung auftritt.
-
Es
sei zunächst
angenommen, dass anfangs eine 100 %-ige Systemverfügbarkeit 101 vorhanden ist.
Bei einem Auftreten eines Speicherzellendefekts, in 1 mit
dem Bezugszeichen 1 bezeichnet, wird sich die Systemverfügbarkeit
reduzieren. Es sei angenommen, dass ein Speicherzellendefekt derart aufgetreten
ist, dass die Systemverfügbarkeit
auf einen reduzierten Wert, d.h. die reduzierte Systemverfügbarkeit 102 abgesenkt
wird (gestrichelte Linie in 1).
-
In
vorteilhafter Weise wird ein Weiterbetrieb der Speichereinrichtung,
wenngleich bei (evtl. nur geringfügig) reduzierter Systemverfügbarkeit 101,
sichergestellt. Nach einem Auftreten eines Speicherzellendefekts
(Schritt 1) wird in dem Schritt 2 (1) eine
Defektlokalisierung und eine Redundanzauswahl durchgeführt.
-
Bei
einem Auftreten einer fehlerhaften Speicherzelle wird durch das
System bestimmt, ob eine entsprechende Speicherzellenzeile oder
eine entsprechende Speicherzellenspalte ersetzt wird. Die Ersetzung
erfolgt reversibel, beispielsweise durch ein Programmieren eines
Registers, welches sowohl ein Aktivierungsbit als auch eine Adresse
einer defekten Spalte und/oder Zeile aufweist. In diesem Falle wäre pro redundanter
Speicherzellenzeile bzw. Speicherzellenspalte ein Zugriffsregister
erforderlich. Eine Lokalisierung einer defekten Speicherzelle und
ein Zugriff bzw. eine Auswahl auf redundante Speicherzellen erfolgt
ebenfalls in dem Schritt 2.
-
Nachdem
in dem Schritt 2 eine Defektlokalisierung und eine Redundanzauswahl
durchgeführt wurde,
wird durch das System eine Umleitung zum Zugreifen auf redundante
Speicherzellen in einem Zugriffsregister bereitgestellt. Das Zugriffsregister stellt
die Umleitung in einem Schritt 3 bereit, welcher unmittelbar
auf den Schritt 2 folgt und eine weitere Reduzierung der
Systemverfügbarkeit 101 verhindert.
Somit kann während
der Betriebszeit der Speichereinrichtung eine Defektlokalisierung,
eine Redundanzauswahl und eine Umleitung zum Zugreifen auf redundante
Speicherzellen bereitgestellt werden.
-
Nachdem
Schritt 3 schreitet das System, da defekte Speicherzellen
durch redundante Speicherzellen ersetzt wurden, zu dem Schritt 4 fort,
in welchem die volle (100 %) Systemverfügbarkeit 101 wiedergewonnen
wurde.
-
Weiterhin
kann das System in der Speichereinrichtung redundante Speicherzellen
bestimmen, die zur Speicherung einer eine Fehlerkorrektur beschreibende
Zusatzinformation bereitgestellt werden. Eine Identifikation dieser
Speicherzellen, die eine eine Fehlerkorrektur beschreibende Zusatzinformation
speichern, dient einer schnellen Auffindung eines Speicherzellendefekts
und einer Erleichterung bei einem Bestimmen eines Fehlerverlaufs
in einer Speichereinrichtung. Somit ist es in vorteilhafter Weise möglich, beispielsweise
Informationen über
das Auftreten eines Fehlers bzw. Defekts in Speicherzellen aufzuzeichnen.
-
Bezüglich dem
in 2 dargestellten Zeitablauf eines herkömmlichen
Verfahrens zum Ersetzen fehlerhafter Speicherzellen in einer Speichereinrichtung
wird auf die Beschreibungs einleitung verwiesen.
-
In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Komponenten oder Schritte.
-
- 1
- Auftreten
eines Speicherzellendefekts
- 2
- Defektlokalisierung
und Redundanzauswahl
- 3
- Umleitung
zum Zugreifen auf redundante Speicherzellen
- 4
- Wiederherstellung
der vollen Systemverfügbarkeit
- 101
- Systemverfügbarkeit
- 102
- Reduzierte
Systemverfügbarkeit
- 103
- Zeitachse
- 201
- Herkömmliche
Systemverfügbarkeit
- 202
- Zeitachse
- 203
- Auftreten
eines Speicherzellendefekts
- 204
- Systemausfallbeginn
- 205
- Systemausfallende
- 206
- Speicheraustauschzeitdauer
- 207
- Bootvorgang-Ende
- 208
- Boot-Zeitdauer