JP4304176B2 - 集積回路装置 - Google Patents
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Description
この発明は、一般的に、集積回路記憶装置、および埋込メモリを組込んだ上記装置の分野に関する。より具体的には、この発明は、単一のDRAMキャッシュおよびタグとの関連における同期ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(DRAM)を採用した、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ(SRAM)コンパチブル・高可用性メモリアレイおよび方法(以下SCRAM(SRAMコンパチブル・ランダム・アクセス・メモリ)とも称される)に関する。
同士を調整することによって、SRAMに匹敵するメモリアクセス回数を得ることのできるメモリ設計を提供することが極めて有利であろう。この観点から、現在に至るまでに、同期DRAM(SDRAM。すなわち、クロックのエッジに対して相対的に、「有効」または「無効」の信号によってメモリ動作が制御されるメモリ)と、クロックの同期を用いない非同期DRAMとの両方において、DRAMリフレッシュ動作を隠すいくつかの方策が提案されている。
ノガミ(Nogami)他による論文、「1Mbitの事実上静的なRAM(1-Mbit Virtually Static RAM)」、IEEE固体回路誌(IEEE Journal of Solid-State Circuits)、SC−21巻、第5号、1986年10月、662−667頁、においては、非同期DRAMにおいてリフレッシュ動作を隠すための特定の方法が記載されているが、666m頁の表IVに示すように、これは(非同期)SRAMと完全に両立可能ではない。加えて、その実現においてはアクセス時間およびサイクル時間についてかなりのペナルティが生じる。
1999年12月7日にリョン(Leung)他に対して発行された米国特許第5,999,474号、「半導体メモリのリフレッシュを完全に隠す方法および装置(Method and Apparatus for Complete Hiding of the Refresh of a Semiconductor Memory)」(以下「’474号特許」とも称される)においては、DRAMサブアレイと同じサイズのスタティックRAM(SRAM)キャッシュなどを利用してSDRAM(これは図4のCLK信号から推測される)のようなものにおいてリフレッシュを隠す方法が記載されている。上述のように、SRAMセルはDRAMセルよりもはるかに大きいため、SRAMキャッシュの物理的なサイズは、この特許に示す方法の実現においてかなりのペナルティとなるであろう。2002年9月10日にリョンに対して発行された米国特許第6,449,685号、「半導体メモリのリフレッシュを完全に隠すための読出/書込バッファおよびそ
の動作方法(Read/Write Buffers for Complete Hiding of the Refresh of a Semiconductor Memory and Method of Operating Same)」(以下「’685号特許」とも称される)においては、SRAMキャッシュに代えて同じサイズのDRAMキャッシュ2個を用いることによってSRAMキャッシュのサイズの問題に対処している。これら2個のDRAMキャッシュは、図5においては書込バッファおよび読出バッファと呼ばれているが、これは誤解を与えるものであろう。各々のバッファは図1に示すSRAMキャッシュと同じ容量を有しており、現実にはキャッシュである。
本願明細書においては、同期ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(DRAM)を採用した、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ(SRAM)コンパチブル・高可用性メモリアレイおよび方法(以下SCRAM(SRAMコンパチブル・ランダム・アクセス・メモリ)とも称される)であって、ただ1つのDRAMキャッシュおよび従来技術で利用されるよりも小さなタグを伴うDRAMメモリセルを含むメモリアレイにおいて100%のメモリシステム可用性が可能となるものが開示される。
示す2番目のビットと、サブアレイアドレスが入るのに十分な数のビットとを有していなければならない。たとえば、サブアレイが16個存在する場合、サブアレイアドレスのために4ビットさらに必要となり、タグの容量が6Xだけ増大する。この発明に従うと、どのサブアレイが「ミラーリング」されているかについての情報が4ビットレジスタに入っており、無効アレイデータを示すためのタグビットは必要ではない。
ドレスに基づいてサブアレイのうちの1つまたはキャッシュに対して行なわれる。サブアレイが16個ある場合、サブアレイアドレスはa<3:0>の組合せであり得る。キャッシュアドレスは、a<4>がセットされた場合には次のリフレッシュアドレスであり得る。この例では、リフレッシュポインタは通常00000から10000までカウントすることができるが、10000から00000へ増分することもできる。
レイポインタが新たなサブアレイにセットされ得る。
(サブアレイ<x>への連続的な読出、キャッシュはサブアレイ<x>をミラーリング)
サブアレイ<x>への連続的な読出は、サブアレイ<x>のリフレッシュを妨害することになる。サブアレイ<x>のリフレッシュは、サブアレイ<x>から要求されたデータがキャッシュにおいても利用可能な場合に可能にされ得る。サブアレイ<x>からのデータは、これが外部に読出されるサイクルにおいてキャッシュへ転送され得る。どのデータが当該キャッシュ内で利用可能かを記録するためのタグが設けられる。データがキャッシュに転送されたとき、このデータに対応するタグビットがセットされる。サブアレイ<x>から要求されたデータが最終的にキャッシュ内でも利用可能となることを確実にするために、キャッシュはそのサイズにおいてサブアレイ<x>に等しいものでなければならない。キャッシュヒットが起こったときに限り、データがキャッシュから読出され、サブアレイ<x>がリフレッシュされる。
(サブアレイ<x>への連続的な読出、キャッシュはサブアレイ<x>をミラーリングせず)
サブアレイ<x>への連続的な読出は、サブアレイ<x>のリフレッシュを妨害するこ
とになる。サブアレイ<x>からのデータは、ライトバックサイクルが実行されるまではキャッシュに転送され得ない。アクセスされているのはサブアレイ<x>のみであり、かつキャッシュがサブアレイ<x>をミラーリングしていないため、上述のようなライトバックサイクルが、上記連続的な読出中において各々のクロックサイクルで実行され得る。上述のようにキャッシュクリア動作が完了し、かつミラーリングされたサブアレイポインタがサブアレイ<x>にセットされると、ケース1bはケース1aになる。
(サブアレイ<x>への連続的な書込、キャッシュはサブアレイ<x>をミラーリング)
サブアレイ<x>への書込は、その代わりに単にキャッシュに書込まれ、タグビットはセットされる。したがって、リフレッシュがサブアレイ<x>において可能となる。
(サブアレイ<x>への連続的な書込、キャッシュはサブアレイ<x>をミラーリングせず)
サブアレイ<x>への書込は、キャッシュクリア動作が完了するまでは代わりにキャッシュに書込まれ得ない。アクセスされているのはサブアレイ<x>のみであり、かつキャッシュがサブアレイ<x>をミラーリングしていないため、上述のようなライトバックサイクルが各々のクロックサイクルにおいて実行され得る。上述のようにキャッシュクリア動作が完了し、かつミラーリングされたサブアレイポインタがサブアレイ<x>にセットされると、ケース2bはケース2aになる。
(サブアレイ<x>への連続的な読出または書込)
サブアレイ<x>に対する読出および書込の混合したものは、上述のケース1およびケース2を単に組合わせたものとして取扱われることになる。
(キャッシュ読出中におけるキャッシュへのリフレッシュ要求信号)
キャッシュヒットを伴なう連続的な読出の場合、キャッシュへのリフレッシュは妨害される。この場合、データはキャッシュから読出されて、さらに適当なサブアレイに転送され、タグビットはクリアされる。各々のタグビットにつき1サイクルだけリフレッシュを遅延させることができる。この後、タグの「ミス」は確実なものとなっており、リフレッシュが生じることになる。
(キャッシュ書込中のキャッシュへのリフレッシュ要求信号)
書込の場合、データは適当なサブアレイに書込まれ、タグビットはクリアされる。リフレッシュはこのサイクルにおいて可能となっている。
(SCRAMはアクセスされず)
リフレッシュは、リフレッシュ要求信号が活性である場合に可能となっている。
ければならない。たとえば、クロック周期が5.0nS(200MHz)でありかつタグが2048ビットを含む場合、これは10.24μSの遅延となる可能性がある。メモリが64mSのリフレッシュ時間の可能なもの(商用DRAMで典型的)である場合、リフレッシュ要求信号タイミングは、およそ63.9897mSにおいてすべてのアレイをリフレッシュするように設定されなければならない。
まず図1を参照して、従来のメモリ100の機能ブロック図であって、そのデータおよびアドレスバスを例示するものであり、リフレッシュ動作が隠されていない場合の図を示す。従来のDRAMメモリ100は、その主要部分において、図示のように16個の別個の64Kサブアレイ1040〜10415(サブアレイ<0>〜サブアレイ<15>)を含む1メガメモリアレイ102を含む。
タまたはそこに入力されるデータは、データI/Oブロック306に結合されたデータI/Oバス318において供給される。さらに、アドレス制御ブロック320に結合された外部アドレスバス322が、サブアレイ3040〜30415の各々および64K DRAMキャッシュ308に結合されるとともにタグアドレスバス326に結合され、このタグアドレスバスは、ここに示す実現例では2KのSRAMを含み得るタグブロック324に結合される。
。
[読出]−CLKの立上がりエッジにおいてCEBが「ロー」でありかつWEBが「ハイ」の場合にYESである。
[アレイ読出]−データを1メガメモリアレイ302から読出す。制御論理ブロック338はアレイイネーブル・外部アドレス信号を供給し、これに伴ない、外部アドレスバス322でアドレス指定されるデータが、グローバルデータ読出/書込バス310上でアサートされる。制御論理ブロック338はさらに、データI/Oブロック306に信号(図示せず)を供給して読出サイクルを示し、これに伴ない、グローバルデータ読出/書込バス310にあるデータがデータI/Oバス318に転送される。
リフレッシュされているキャッシュ308またはサブアレイ304におけるデータバスにセンスアンプ(図示せず)が接続されることを防ぐための信号(図示せず)を出力する。さらに、リフレッシュカウンタ328が増分され、リフレッシュカウンタが00000に増分した場合、リフレッシュポインタもまた増分され、リフレッシュ要求はリセットされる。ミラーリングされたサブアレイポインタに新たなリフレッシュポインタアドレスが一致した場合、ライトバックカウンタはリセットされる。
れて、キャッシュ308内においてライトバックアドレスにあるデータが、ミラーリングされたサブアレイポインタに対応するサブアレイ304内のライトバックアドレスに転送される。なお、この場合におけるキャッシュ308のアクセスは、クロックサイクル内において他のクロックサイクルにおけるよりも後の時点で開始することになり、このためライトバックサイクルの実行動作にサイクル時間のペナルティが課される。SRAMのサイクルすべては同じ長さであると予想されることから、上述のことにより、アクセス時間のペナルティが課され、SCRAMにサイクル時間のペナルティが課されることがある。
アドレス制御ブロック、334 ライトバックカウンタ、338 制御論理ブロック。
Claims (24)
- 複数のメモリサブアレイを含むダイナミック・ランダム・アクセス・メモリアレイと、
前記複数のメモリサブアレイに動作結合され、前記複数のメモリサブアレイのいずれか1つをミラーリングするためのキャッシュと、
前記複数のメモリサブアレイのうちのどれが現在前記キャッシュによってミラーリングされているかを示すためのミラーされたサブアレイのポインタとを備え、
前記キャッシュは、そのサイズにおいて、前記メモリサブアレイの各々と等しい、集積回路装置。 - 複数のメモリサブアレイを含むダイナミック・ランダム・アクセス・メモリアレイと、
前記メモリアレイに動作結合され、前記複数のメモリサブアレイのいずれか1つをミラーリングするためのキャッシュと、
前記複数のメモリサブアレイのうちのどれが現在前記キャッシュによってミラーリングされているかを示すためのミラーされたサブアレイのポインタとを備え、
前記キャッシュは、そのサイズにおいて、前記メモリサブアレイの各々と等しい、集積回路装置。 - 複数のメモリサブアレイを含むダイナミック・ランダム・アクセス・メモリアレイと、
前記複数のメモリサブアレイに動作結合され、前記複数のメモリサブアレイのいずれか1つをミラーリングし、かつ前記複数のメモリサブアレイの各々におけるメモリセル数に等しい数のメモリセルを含むダイナミック・ランダム・アクセス・メモリキャッシュと、
前記複数のメモリサブアレイのうちのどれが現在前記キャッシュによってミラーリングされているかを示すためのミラーされたサブアレイのポインタとを備える、集積回路装置。 - 複数のメモリサブアレイを含むダイナミック・ランダム・アクセス・メモリアレイと、
前記メモリアレイに動作結合され、前記複数のメモリサブアレイのうちのいずれか1つをミラーリングするためのキャッシュと、
前記複数のメモリサブアレイのうちのどれが現在前記キャッシュによってミラーリングされているかを示すためのミラーされたサブアレイのポインタと、
前記複数のメモリサブアレイの各々に結合されたアレイ内部アドレスバスと、
前記キャッシュに結合されたキャッシュ内部アドレスバスとを備え、
前記キャッシュは、そのサイズにおいて、前記メモリサブアレイの各々と等しい、集積回路装置。 - 集積回路装置であって、
複数のメモリサブアレイを含むダイナミック・ランダム・アクセス・メモリアレイと、
前記メモリアレイに動作結合され、前記複数のメモリサブアレイのうちのいずれか1つをミラーリングするためのキャッシュと、
前記複数のメモリサブアレイのうちのどれが現在前記キャッシュによってミラーリングされているかを示すためのミラーされたサブアレイのポインタと、
外部から供給されるアドレスを伝送するための外部アドレスバスと、
前記集積回路装置に外部から供給されるアドレスを受けるためのアドレス制御ブロックとを備え、該アドレス制御ブロックは、前記外部アドレスバスによって前記複数のメモリサブアレイおよび前記キャッシュに結合され、
前記キャッシュは、そのサイズにおいて、前記メモリサブアレイの各々と等しい、集積回路装置。 - 前記メモリアレイおよび前記キャッシュに結合されたリフレッシュカウンタをさらに備える、請求項1、2、3、4および5のいずれかに記載の集積回路装置。
- 前記外部アドレスバスとは別個の内部キャッシュアドレスバスおよび内部アレイアドレスバスをさらに備える、請求項6に記載の集積回路装置。
- 前記内部アレイアドレスバスおよび前記内部キャッシュアドレスバスに結合されたライトバックカウンタをさらに備える、請求項4または7に記載の集積回路装置。
- 前記キャッシュ内の有効データを追跡するためのタグブロックをさらに備える、請求項8に記載の集積回路装置。
- 前記タグブロックおよび前記外部アドレスバスに結合されたタグアドレスバスをさらに備える、請求項9に記載の集積回路装置。
- 前記ライトバックカウンタに結合され前記キャッシュ内の有効データを追跡するためのタグブロックをさらに備える、請求項8に記載の集積回路装置。
- 前記外部アドレスバスに結合され、前記複数のメモリサブアレイを選択的にイネーブルして、前記内部アレイアドレスバスまたは前記外部アドレスバスのいずれかにあるアドレスに応答させる、制御論理ブロックをさらに備える、請求項7に記載の集積回路装置。
- 前記制御論理ブロックはさらに、前記キャッシュを選択的にイネーブルして、前記内部キャッシュアドレスバスまたは前記外部アドレスバスのいずれかにあるアドレスに応答させるよう動作する、請求項12に記載の集積回路装置。
- タグイネーブル信号を前記タグブロックに供給するための制御論理ブロックをさらに備える、請求項9に記載の集積回路装置。
- 前記タグブロックは、タグ読出データ信号を前記制御ブロックに供給するよう動作する、請求項14に記載の集積回路装置。
- 前記制御論理ブロックは、タグ書込データ信号を前記タグブロックに供給するよう動作する、請求項15に記載の集積回路装置。
- 前記メモリアレイに対するリフレッシュ動作は、前記メモリアレイ内に維持されたデータを失うことなく読出または書込のアクセス動作に対する装置の応答を可能にするのに十分な周波数で実行可能である、請求項1、2、3、4または5に記載の集積回路装置。
- 前記複数のメモリサブアレイのうちの任意のメモリサブアレイが、前記複数のメモリサブアレイのうちの任意の他のメモリサブアレイが読出または書込されるのと実質的に並行して、前記キャッシュから書込またはリフレッシュ可能である、請求項1、2、3、4または5に記載の集積回路装置。
- 複数のメモリサブアレイを含むダイナミック・ランダム・アクセス・メモリアレイと、
前記複数のメモリサブアレイに動作結合され、前記複数のメモリサブアレイのうちのいずれか1つをミラーリングするためのキャッシュと、
前記複数のメモリサブアレイのうちのどれが現在前記キャッシュによってミラーリングされているかを示すためのミラーされたサブアレイのポインタと、
前記メモリサブアレイのうちの2つ以上に、実質的に並行してアクセスするための手段とを備え、
前記キャッシュは、そのサイズにおいて、前記メモリサブアレイの各々と等しい、集積回路回路装置。 - 前記実質的に並行してアクセスするための手段は、アレイ内部アドレスバスと、前記複数のメモリサブアレイに結合された外部から供給されるアドレスを伝送するための外部アドレスバスとを含む、請求項19に記載の集積回路装置。
- 前記外部アドレスバスに基づいて或るアドレスにアクセスされるべきことを示すためのアレイ外部アドレス信号と、
前記アレイ内部アドレスバスに基づいて或るアドレスにアクセスされるべきことを示すためのアレイ内部アドレス信号とをさらに備える、請求項20に記載の集積回路装置。 - 複数のサブアレイを含むDRAMアレイと、
前記複数のサブアレイに動作結合され、前記複数のサブアレイのいずれか1つをミラーリングし、かつ前記サブアレイの各々におけるメモリ数と同じ数のメモリセルを有するキャッシュと、
前記複数のメモリサブアレイのうちのどれが現在前記キャッシュによってミラーリングされているかを示すためのミラーされたサブアレイのポインタと、
前記サブアレイのうちの任意の1つを、前記サブアレイのうちの別の1つへのアクセスと実質的に並行してリフレッシュするための手段と、
前記DRAMアレイから読出されているデータを前記キャッシュに書込むための手段と、
前記DRAMアレイに書込む代わりに前記キャッシュにデータを書込むための手段と、
前記DRAMアレイから読出す代わりに前記キャッシュからデータを読出すための手段と、
前記サブアレイのうちの任意の1つに、前記サブアレイのうちの別の1つへのアクセスと実質的に並行して前記キャッシュからデータを転送するための手段と、
前記キャッシュ内の、有効データが入っている場所を示すための手段と、
前記複数のサブアレイのうちのどれから前記キャッシュが有効データをミラーリングしていることがあり得るかを示すための手段と、
前記DRAMアレイへのリフレッシュ動作を隠すことを可能にする制御回路とを備える、集積回路装置。 - 前記キャッシュはDRAMキャッシュを含む、請求項22に記載の集積回路装置。
- 前記制御回路はさらに、前記DRAMキャッシュへのリフレッシュ動作を隠すことを可能にするよう動作する、請求項23に記載の集積回路装置。
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