JP2012203918A - Semiconductor storage device - Google Patents

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Fumitake Takami
文猛 高見
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor storage device having high reliability, high speed access and operation current reduction.SOLUTION: In a majority mode, the same write data is written in a plurality of RAMs 0-0, 1-0 and 2-0 or RAMs 0-1, 1-1 and 2-1, and in an ECC mode, write data with an ECC code added is written in any of the plurality of RAMs 0-0, 1-0, 2-0, 0-1, 1-1 and 2-1. The semiconductor storage device includes a majority circuit 16 for outputting a majority result of data written in the plurality of RAMs during reading in the majority mode, ECC generation circuits 12-1 to 12-3 for generating an ECC code for write data during writing in the ECC mode, and ECC error correction circuits 14-1 to 14-3 for executing error correction of write data with the ECC code added stored in the RAMs during reading in the ECC mode.

Description

本発明は、半導体記憶装置に関し、特に、マイコン内蔵の高速アクセスを可能とするRAM(Random Access Memory)において低消費電力を実現する技術に関する。   The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a technique for realizing low power consumption in a RAM (Random Access Memory) that enables high-speed access built in a microcomputer.

マイコン内蔵RAM(Random Access Memory)において、ソフトエラー対策としてECC(Error Check and Correct)回路を搭載しているが、たとえば、160MHzでの読出しおよび書込みを0ウェイトアクセスを実現するためには、低い閾値を有するトランジスタを用いることが必要となる。しかし、低い閾値のトランジスタを用いると、消費電流、特に高温におけるリーク電流が大きくなり、目標のスペックに収まらないという問題がある。   A microcomputer built-in RAM (Random Access Memory) is equipped with an ECC (Error Check and Correct) circuit as a countermeasure against a soft error. It is necessary to use a transistor having However, when a transistor with a low threshold value is used, there is a problem that current consumption, particularly leakage current at a high temperature, becomes large and does not fall within the target specification.

そのため、リーク電流の少ない中間の閾値または高い閾値を有するトランジスタを用いることが望まれるが、中間の閾値または高い閾値を有するトランジスタを用いた場合には、0ウェイトアクセスを実現するために、ECCではなく、演算時間が短い3値多数決回路を用いることが必要となる。   Therefore, it is desirable to use a transistor having an intermediate threshold value or a high threshold value with a small leakage current. However, in the case of using a transistor having an intermediate threshold value or a high threshold value, in order to realize zero wait access, ECC However, it is necessary to use a ternary majority circuit having a short calculation time.

図2は、3値(3ビット)多数決回路を用いた構成を表わす図である。
図3は、3値(3ビット)多数決回路の入力(IN)と出力(OUT)の関係を表わす図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration using a ternary (3-bit) majority circuit.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the input (IN) and the output (OUT) of the ternary (3-bit) majority circuit.

図2に示すように、3値多数決回路を用いた構成では、3個のRAM20−1〜20−3に同一のデータが書込まれる。読出し時には、3個のRAM20−1〜20−3から出力されたデータが3値多数決回路22に送られる。3値多数決回路22は、3個のRAM20−1〜20−3から出力されたデータの各ビットの多数決の結果を出力する。たとえば、RAM20−1,20−2,20−3から出力されたデータのあるビットがそれぞれ「0」、「0」、「1」の場合には、3値多数決回路22は、多数決結果として「0」を出力する。   As shown in FIG. 2, in the configuration using the ternary majority circuit, the same data is written in the three RAMs 20-1 to 20-3. At the time of reading, data output from the three RAMs 20-1 to 20-3 is sent to the ternary majority circuit 22. The ternary majority circuit 22 outputs the result of the majority vote of each bit of the data output from the three RAMs 20-1 to 20-3. For example, when certain bits of data output from the RAMs 20-1, 20-2, and 20-3 are “0”, “0”, and “1”, the ternary majority circuit 22 outputs “ "0" is output.

図4(a)は、書込み時のアクセスを表わす図である。図4(b)は、読出し時のアクセスを表わす図である。   FIG. 4A shows an access at the time of writing. FIG. 4B shows an access at the time of reading.

図2に示すような多数決回路は、簡単な論理であって遅延が小さいという利点があるので、中間の閾値または高い閾値を有するトランジスタを用いたとしても、図4(a)および図4(b)に示すように、160MHzでの読出しおよび書込み動作が可能である。   The majority circuit as shown in FIG. 2 has the advantage of simple logic and small delay. Therefore, even if a transistor having an intermediate threshold value or a high threshold value is used, FIG. 4 (a) and FIG. As shown in FIG. 4B, read and write operations at 160 MHz are possible.

また、特許文献1(特開平6−52697号公報)にも、多数決回路を用いた以下のような構成が開示されている。特許文献1に記載の半導体メモリは、1つのアドレスの1つのビットに対して3個以上の奇数個のメモリセルを有するメモリセルアレイ部と、多数決回路を有するデータ出力部とを備えた誤り訂正機能付半導体メモリおよび通常モードと高信頼性モードで書き込むメモリセルを切り換えるセレクタと、読み出されたメモリデータと多数決回路からの出力データとを切り換えるマルチプレクサ28とを備える。   Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 6-52697) also discloses the following configuration using a majority circuit. The semiconductor memory described in Patent Document 1 includes an error correction function including a memory cell array unit having three or more odd number of memory cells for one bit of one address and a data output unit having a majority circuit And a selector for switching the memory cell to be written in the normal mode and the high reliability mode, and a multiplexer for switching the read memory data and the output data from the majority circuit.

特開平6−52697号公報JP-A-6-52697

しかしながら、特許文献1(特開平6−52697号公報)の多数決回路を用いたメモリでは、通常モードでは、誤り訂正が機能しないため信頼度が低下する。   However, in the memory using the majority circuit disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 6-52697), the error correction does not function in the normal mode, so the reliability decreases.

また、3値多数決回路を用いた場合には、以下のような問題がある。
データ1ビットに対し、RAMの3ビットを使用するため、大容量のRAMが必要となる。一例を挙げると、ECC回路を用いた方式において、32ビットに対してECCのために7ビットを追加したとすると、使用するメモリ容量は22%の増加となるのに対して、3値多数決回路を用いた方式において、使用するメモリ容量は3倍となり、200%の増加となる。
Further, when a ternary majority circuit is used, there are the following problems.
Since 3 bits of RAM are used for 1 bit of data, a large-capacity RAM is required. For example, in a system using an ECC circuit, if 7 bits are added for ECC to 32 bits, the memory capacity to be used is increased by 22%, whereas a ternary majority circuit is used. In the method using, the memory capacity to be used is tripled, an increase of 200%.

また、図2の構成において、1回の読出しまたは書込みアクセスにおいて、常に、3つのアドレスのメモリセルにアクセスするため、低速(たとえば、80MHz以下)であるにもかかわらず、RAMの消費電流は大きく減少しない。   Further, in the configuration of FIG. 2, since the memory cell at three addresses is always accessed in one read or write access, the current consumption of the RAM is large despite the low speed (for example, 80 MHz or less). Does not decrease.

また、特許文献1に記載の通常モード構成のように、データ1ビットに対しRAM1ビットで記憶するモードを設けた場合では、誤り訂正が機能しないという課題がある。   In addition, there is a problem that error correction does not function when a mode for storing 1 bit of RAM with respect to 1 bit of data is provided as in the normal mode configuration described in Patent Document 1.

それゆえに、本発明の目的は、高信頼度、高速アクセス、および動作電流削減を兼ね備えた半導体記憶装置を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor memory device that combines high reliability, high-speed access, and reduced operating current.

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態は、ECCモードと多数決モードのいずれかのエラー訂正モードが選択可能な半導体記憶装置であって、複数個のRAMと、多数決モードにおいて、書込み時に複数個のRAMに同一の書込データを書込み、ECCモードにおいて、書込み時に複数個のRAMのいずれかにECCコードが付加された書込データを書込む制御部と、多数決モードにおいて、読出時に複数個のRAMに書込まれたデータの多数決結果を出力する多数決回路と、ECCモードにおいて、書込時に書込データに対するECCコードを生成するECC生成回路と、ECCモードにおいて、読出時にRAMに記憶されているECCコードが付加された書込データの誤り訂正を実行するECCエラー訂正回路とを備える。   In order to solve the above-described problem, an embodiment of the present invention is a semiconductor memory device capable of selecting either an ECC mode or a majority voting error correction mode, and a plurality of RAMs and writing in the majority voting mode. Sometimes the same write data is written to a plurality of RAMs, and in the ECC mode, at the time of writing, the control unit for writing the write data with the ECC code added to any of the plurality of RAMs and in the majority mode, at the time of reading A majority circuit for outputting a majority result of data written in a plurality of RAMs, an ECC generation circuit for generating an ECC code for write data at the time of writing in the ECC mode, and storage in the RAM at the time of reading in the ECC mode And an ECC error correction circuit that performs error correction of the write data to which the ECC code is added.

本発明の一実施形態によれば、多数決モードとECC回路モードを設けることによって、高信頼度、高速アクセス、および消費電流削減を兼ね備えることができる。   According to an embodiment of the present invention, by providing a majority mode and an ECC circuit mode, it is possible to combine high reliability, high speed access, and reduction of current consumption.

本発明の実施形態の半導体記憶装置の構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of the semiconductor memory device of embodiment of this invention. 3値(3ビット)多数決回路を用いた構成を表わす図である。It is a figure showing the structure using a ternary (3 bits) majority circuit. 3値(3ビット)多数決回路の入力(IN)と出力(OUT)の関係を表わす図である。It is a figure showing the relationship between the input (IN) and output (OUT) of a ternary (3-bit) majority circuit. (a)は、書込み時のアクセスを表わす図である。(b)は、読出し時のアクセスを表わす図である。(A) is a figure showing the access at the time of writing. (B) is a diagram showing access at the time of reading.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態の半導体記憶装置の構成を表わす図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

この半導体記憶装置は、制御論理10と、ECC生成回路12−1〜12−3と、RAM0−0,0−1,1−0,1−1,2−0,2−1と、ECCエラー訂正回路14−1〜14−3と、3値多数決回路16と、マルチプレクサ18−1〜18−3とを備える。   This semiconductor memory device includes a control logic 10, ECC generation circuits 12-1 to 12-3, RAM 0-0, 0-1, 1-0, 1-1, 2-0, 2-1, ECC error. Correction circuits 14-1 to 14-3, a ternary majority circuit 16, and multiplexers 18-1 to 18-3 are provided.

RAM0−0,0−1,1−0,1−1,2−0,2−1の各容量は16KBとする。
RAM0−0,1−0,2−0は、制御信号(上位)によって選択される。RAM0−1,1−1,2−1は、制御信号(下位)によって選択される。
Each capacity of the RAM 0-0, 0-1, 1-0, 1-1, 2-0, 2-1 is 16 KB.
The RAMs 0-0, 1-0, 2-0 are selected by a control signal (upper order). The RAMs 0-1, 1-1, and 2-1 are selected by a control signal (lower order).

この半導体記憶装置は、高速動作が必要な場合では、3値多数決モードで動作させ、高速動作が必要でない中速および低速動作時では、ECCモードで動作させることができる。制御論理10は、外部から多数決モードとECCモードのいずれのエラー訂正モードで動作させるかの指示を受け、この指示に基づいてエラー訂正モードを設定する。   This semiconductor memory device can be operated in the ternary majority mode when high speed operation is required, and can be operated in the ECC mode at medium speed and low speed operation where high speed operation is not required. The control logic 10 receives an instruction from the outside about which of the majority mode and the ECC mode to operate in error correction mode, and sets the error correction mode based on this instruction.

(3値多数決モードでの動作)
3値多数決モードでは、下位メモリアドレスに3つのメモリマット(RAM0−0,RAM1−0,RAM2−0)を同一メモリアドレスにアサインし、上位メモリアドレスに別の3つのメモリマット(RAM0−1,RAM1−1,RAM2−1)を同一メモリアドレスにアサインする。制御信号(上位/下位)によって、3メモリマット(RAM0−0,RAM1−0,RAM2−0)または3メモリマット(RAM0−1,RAM1−1,RAM2−1)が同時にアサートされる。
(Operation in ternary majority mode)
In the ternary majority mode, three memory mats (RAM0-0, RAM1-0, RAM2-0) are assigned to the same memory address as the lower memory address, and another three memory mats (RAM0-1, RAM0, RAM1-1 and RAM2-1) are assigned to the same memory address. The three memory mats (RAM0-0, RAM1-0, RAM2-0) or the three memory mats (RAM0-1, RAM1-1, RAM2-1) are asserted simultaneously by the control signal (upper / lower).

したがって、3値多数決モードでは、ユーザ使用可能容量32KBとなる。
書込み時には、同一のデータがRAM0−0,RAM1−0,RAM2−0またはRAM0−1,RAM1−1,RAM2−1に書込まれる。
Therefore, in the ternary majority mode, the user usable capacity is 32 KB.
At the time of writing, the same data is written into RAM0-0, RAM1-0, RAM2-0 or RAM0-1, RAM1-1, RAM2-1.

読出し時には、3値多数決回路16は、RAM0−0,RAM1−0,RAM2−0から出力された39ビットのうち32ビットのデータ、またはRAM0−1,RAM1−1,RAM2−1から出力された39ビットのうち32ビットのデータの各ビットの多数決の結果を出力する。   At the time of reading, the ternary majority circuit 16 outputs 32 bits of the 39 bits output from RAM0-0, RAM1-0, RAM2-0, or is output from RAM0-1, RAM1-1, RAM2-1. The result of majority vote of each bit of 32 bits data out of 39 bits is output.

3値多数決モードでは、読出し時および書込み時にウエイトが挿入されず、高速なアクセスが実現できる。   In the ternary majority mode, no weight is inserted at the time of reading and writing, and high-speed access can be realized.

(ECCモードでの動作)
ECCモードでは、下位メモリアドレスに3メモリマット(RAM0−0,RAM1−0,RAM2−0)を連続した別個のメモリアドレスにアサインし、上位メモリアドレスに3メモリマット(RAM0−1,RAM1−1,RAM2−1)を連続した別個のメモリアドレスにアサインする。制御信号(上位/下位)によって、RAM0−0,RAM1−0,RAM2−0,RAM0−1,RAM1−1,RAM2−1のいずれかがアサートされる。
(Operation in ECC mode)
In the ECC mode, three memory mats (RAM0-0, RAM1-0, RAM2-0) are assigned to consecutive lower memory addresses, and three memory mats (RAM0-1, RAM1-1 are assigned to upper memory addresses). , RAM 2-1) are assigned to consecutive separate memory addresses. Any one of RAM0-0, RAM1-0, RAM2-0, RAM0-1, RAM1-1, and RAM2-1 is asserted by the control signal (upper / lower).

したがって、ECCモードでは、ユーザ使用可能容量96KBとなる。
書込み時には、RAM0−0,RAM1−0,RAM2−0,RAM0−1,RAM1−1,RAM2−1のいずれかが選択される。
Therefore, in the ECC mode, the user usable capacity is 96 KB.
At the time of writing, any one of RAM0-0, RAM1-0, RAM2-0, RAM0-1, RAM1-1, and RAM2-1 is selected.

32ビットの書込みデータが、選択されたRAMに送られるとともに、対応のECC生成回路12−1〜12−3へも送られる。ECC生成回路12−1〜12−3は、32ビットのデータを受けて、7ビットのECCコードを出力する。その結果、選択されたRAMへは上位32ビットの書込データと下位7ビットのECCコードの合計39ビットのデータが書込まれる。   The 32-bit write data is sent to the selected RAM and is also sent to the corresponding ECC generation circuits 12-1 to 12-3. The ECC generation circuits 12-1 to 12-3 receive 32-bit data and output a 7-bit ECC code. As a result, a total of 39 bits of data of upper 32 bits of write data and lower 7 bits of ECC code are written into the selected RAM.

読出し時には、ECCエラー訂正回路14−1〜14−3へRAM0−0,RAM1−0,RAM2−0,RAM0−1,RAM1−1,RAM2−1のいずれかから出力された39ビットのデータ(32ビットの書込データと7ビットのECCコード)が入力される。ECCエラー訂正回路14−1〜14−3は、32ビットの書込みデータのエラー訂正を行なって出力する。   At the time of reading, 39-bit data output from any of RAM0-0, RAM1-0, RAM2-0, RAM0-1, RAM1-1, and RAM2-1 to the ECC error correction circuits 14-1 to 14-3 ( 32-bit write data and 7-bit ECC code) are input. The ECC error correction circuits 14-1 to 14-3 perform error correction of 32-bit write data and output it.

ECCモードでは、読出し時および書込み時にウェイトが挿入されるため、高速にアクセスはできない。   In the ECC mode, since a wait is inserted at the time of reading and writing, it cannot be accessed at high speed.

なお、上記の3値多数決モードとECCモードを切替えるレジスタを配置することによって、アプリケーションに応じて動作モードを切替えて使用することとしてもよい。   Note that by arranging a register for switching between the ternary majority mode and the ECC mode, the operation mode may be switched according to the application.

以上のように、本発明の実施形態では、多数決モードとECCモードを設けることによって、高信頼度、高速アクセス、および動作電流削減を兼ね備えることができる。   As described above, in the embodiment of the present invention, by providing the majority mode and the ECC mode, it is possible to combine high reliability, high-speed access, and reduction in operating current.

また、ECCモードでは、RAM3マットが連続するアドレスに配置されるため、使用可能なRAM空間を3倍に増加させることができる。   In the ECC mode, since the RAM3 mats are arranged at consecutive addresses, the usable RAM space can be increased three times.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

0−0,0−1,1−0,1−1,2−0,2−1 RAM、10 制御論理、12−1〜12−3 ECC生成回路、14−1〜14−3 ECCエラー訂正回路、16,22 3値多数決回路、18−1〜18−3 マルチプレクサ、20−1〜20−3 RAM。   0-0, 0-1, 1-0, 1-1, 2-0, 2-1 RAM, 10 control logic, 12-1 to 12-3 ECC generation circuit, 14-1 to 14-3 ECC error correction Circuit, 16, 22 3-valued majority circuit, 18-1 to 18-3 multiplexer, 20-1 to 20-3 RAM.

Claims (1)

ECCモードと多数決モードのいずれかのエラー訂正モードが選択可能な半導体記憶装置であって、
複数個のRAMと、
多数決モードにおいて、書込み時に前記複数個のRAMに同一の書込データを書込み、ECCモードにおいて、書込み時に前記複数個のRAMのいずれかにECCコードが付加された書込データを書込む制御部と、
多数決モードにおいて、読出時に前記複数個のRAMに書込まれたデータの多数決結果を出力する多数決回路と、
ECCモードにおいて、書込時に書込データに対するECCコードを生成するECC生成回路と、
ECCモードにおいて、読出時に前記RAMに記憶されているECCコードが付加された書込データの誤り訂正を実行するECCエラー訂正回路とを備えた半導体記憶装置。
A semiconductor memory device capable of selecting an error correction mode of either an ECC mode or a majority decision mode,
A plurality of RAMs;
A control unit for writing the same write data to the plurality of RAMs at the time of writing in the majority mode, and writing the write data with an ECC code added to any of the plurality of RAMs at the time of writing in the ECC mode; ,
A majority circuit for outputting a majority result of data written in the plurality of RAMs at the time of reading in the majority mode;
An ECC generation circuit for generating an ECC code for write data at the time of writing in the ECC mode;
A semiconductor memory device comprising: an ECC error correction circuit for performing error correction of write data to which an ECC code stored in the RAM is added at the time of reading in the ECC mode.
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