JP7142946B2 - 統合プロセッサを備えたdramのロウハンマー修正ロジック - Google Patents
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Description
本発明は、統合プロセッサを有するDRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ)回路の分野に関する。
ロウハンマー効果(Row Hammer effect)によれば、所与のDRAMメモリバンク内で、所与のDRAM行を繰り返しアクティブにすることによって、物理的に隣接する行がそれらのビットのいくつかの値を反転させる。アクティブされすぎた行は「アグレッサ行」(aggressor row)と呼ばれ、その2つの隣接する行は「被害行」(victim rows)と呼ばれる。
- 当該解決策の方法は埋め込みプロセッサを有するDRAMメモリには適していない。
- 当該解決策の完全に詳細な方法(および他の方法はこのテキストから直接推論することができない)では、パラメータが当該方法によって説明される通りに計算されていても、比較的単純なシナリオでハンマーロウ状態(Hammer Row conditions)を検出することが困難である。
-当該解決策の詳細な方法は、各アクティベーションコマンドに対して、数十個のエントリを有するテーブルのエントリの分類を完全に必要とする。そのような分類は、同じDDR4バンク内の2つの連続するアクティベーション間の最小時間である45ns未満で達成することが困難である時間のかかるプロセスである。
- この所与の行に対して外部メモリコントローラによって生成されたアクティベーション、および、
- この所与の行に対してDRAMメモリの内部プロセッサによって生成されたアクティベーション。
20,000行は64ms未満(T+32msからT+80ms)の期間にわたって125,000回(130,000回)を超えてアクティベートされて、なおかつ、その2つの隣接行に対する予防的リフレッシュが必要であることは、米国特許出願公開第20140006704号によって提案された論理によって発見されていない。
提示される説明の実現の1つは、従来技術の問題のうちの少なくとも部分的に1つまたは複数を解決することである。
利点および前の特徴および他の特徴は、関連する図面を参照して、限定されない例として提供される、実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるのであろう:
図1は、例示的な実施形態による、プロセッサを統合するメモリデバイスを備えるコンピューティングシステムの一部を概略的に示す。
<概要>
各DRAMバンクについて、以下に説明する実施形態は例えば次の2つのブロック;
-トリガ検出ユニット(またはロジック)と、
-リフレッシュ送信ユニット(またはロジック)と、
を含む。ここで、トリガ検出ユニットがリフレッシュ送信ユニットに供給する。
プロトコルの観点から言えば、DRAMメモリチップは、外部DRAMメモリコントローラのスレーブであるが、自発的にリフレッシュを実行することができるDRAMチップのバンクを有することは、そのプロトコルを完全に破壊する。
- このバンクの予防的リフレッシュFIFOが空でない場合、リフレッシュされる行のインデックスはリフレッシュカウンタによって提供されず、予防的リフレッシュFIFOから除去され、このバンクのリフレッシュカウンタは変更されないままである。
- 予防的リフレッシュFIFOが空である場合、リフレッシュされるべき行のインデックスは、このバンクのリフレッシュカウンタによって提供され、このカウンタは更新される。
- 予防的リフレッシュがペアになって生成されるという事実によって促進される、FIFOに、複数の予防的リフレッシュが蓄積され得るという事実
- 各保留中の予防的リフレッシュの効果的な実現のために、定期的なリフレッシュ要求を待つ必要性。
予防的リフレッシュの効果的な実行は定期的なリフレッシュを遅延させるが、最大遅延は重要でないほど十分に小さい:
典型的なDRAMバンクは65536行を有するので、外部メモリコントローラは、1つのバンクに対して、平均して976ns(64ミリ秒/65536)毎に定期的なリフレッシュを生成する。
図1は、本発明による装置を示す。
後述するように、トリガ検出ユニットによって使用されるアルゴリズムは例えば、近似的であり、これを補償するために、保持される実際のトリガ値Trig_Effは、次に例示されるものである:
- 第一には、固有のトリガ値の半値に基づく(理由は後述)
- 別のものとしては、先述したように、実際に実行される予防的リフレッシュを有するために最悪の場合の遅延を考慮に入れるためにさらに低減される。最悪の場合の遅延は主に、Trig Effに依存する、保留中の予防的リフレッシュの最大数に依存するので、正確なTrig Eff値は例えば繰り返し算出される。
- 予防的リフレッシュが定期的なリフレッシュスロットを盗用するので、不必要な予防的リフレッシュの放出に起因する性能上の不利益はない、
- 唯一の実際的な影響としては、64msリフレッシュウィンドウを厳密に必要以上に延伸できることである。なぜなら、この延伸はパーセンテージの数値で非常に小さいままであり、問題にならない。
トリガ検出ロジックは例えば、テーブル、Nbrのエントリが入力されるRACT(Row Activate Count Table:行アクティベートカウントテーブル)を含む。ここで、Nbrのエントリ(Nbr_of_entries)は、例えば、以下のように計算される:
Nbr_of_entries = INT (最大アクティブインウィンドウ / Trig Eff)
ここで、INT関数は、そのエントリ値を、続くホール値(next whole value)にそれ以下で返す。
- Trig_Effまでの値を含むのに十分な大きさの行カウントフィールド(ROW COUNT field)、
- 行インデックスのすべての可能な値を含むのに十分な大きさの行インデックスフィールド(ROW INDEX field)、
および、
no_rowと呼ばれる行インデックスではない追加の値。
- 今期のバンクリフレッシュカウンタロジックは行0を示す場合
- 外部メモリコントローラによって定期的なリフレッシュ要求が生成される場合。
- すべてのRACTエントリの行カウントフィールドをゼロに設定する、
- すべてのRACTテーブルの行インデックスフィールドをno_rowに初期化する、
- OTHER_ROWS_COUNTレジスタをゼロに設定する。
- 当該第1の目標は、行インデックスフィールドがJの値を有するRACTエントリを見つけること
- 当該第2の目標は、行カウントフィールドがOTHER_ROWS_COUNTに等しいRACTエントリを見つけることである。
第1の目標が達成されるとすぐに、エントリの読み取りが停止され、次のようになる:
- 見つかったエントリの行カウントフィールドの値がインクリメントされ、
- 見つかったエントリの行カウントフィールドの値がTrig Effに等しい場合は、
- 見つかったエントリの行インデックスフィールドは例えば、no_rowに設定され、
- 行Jに隣接する2つの行の行インデックスが例えば予防的リフレッシュFIFOにプッシュされる。
以下の説明では、見つかったエントリのRACTテーブルのインデックスをFidx(Found Index)と呼ぶことにすると、次の式が与えられる:
OTHER_ROWS_COUNT == RACT[Fidx].ROWCOUNT
次に、トリガ検出ロジックは、以下を実行する:
- RACT[Fidx].ROWCOUNTがインクリメントされ、
- RACT[Fidx].ROWINDEXはJに設定される。
- OTHER_ROW_COUNTがインクリメントされる、
このアルゴリズムでは、行は常に活性化カウンタに関連付けられ、行Rは例えば以下である:
- 行インデックスフィールドがRに等しいRACTエントリの行カウントフィールドに含まれるアクティベーションの数に関連付けられるか、
-OTHER ROWS COUNTレジスタに含まれるアクティベーションの数に関連付けられる。
予防的リフレッシュは予防的リフレッシュFIFOに蓄積される可能性があるため、いくつかの実施形態では、このFIFOにプッシュすることができる予防的リフレッシュの最大数の上限値がそれを適切にサイズ設定するために決定される。
上述のアルゴリズムでは、レジスタ値OTHER_ROWS_COUNTが例えば、RACTエントリの最小のROW_COUNTフィールド以下である必要がある。
- その行インデックスは、no_rowに初期化され、アクティブ化された行は、もはやこのエントリに到達することができない
- その行カウントフィールドは値Trig_Effのままであり、それはOTHER ROWS COUNTに等しくすることはできない。
<第1の目標の達成>
第1の目的が達成されるとすぐに、RACTエントリの読み取りが停止される。また、見つかったエントリの行カウントフィールドの値がTrig Eff-1に等しいと、続いて、
- 見つかったエントリの行インデックスフィールドを、例えばno_rowに設定し、
- 見つかったエントリの行カウントフィールドは例えば、他の行カウントによって含まれる値に設定され、行Jの2つの隣接の行インデックスは例えば、予防的リフレッシュのためにFIFOにプッシュされ、
- そうでなければ、見つかったエントリの行カウントフィールドがインクリメントされる。
トリガ検出ロジックは、例えば、以下を実行する:
- RACT[Fidx].ROWCOUNTがインクリメントされる
-RACT[Fidx].ROWINDEXがJに設定される。
- OTHER_ROW_COUNTが例えばインクリメントされる。
この代替アルゴリズムは徐々に減少させる代わりに、一定の連想性を維持し、したがって、必然的に、より少ない偽陽性をもたらす。したがって、それは、初期アルゴリズムよりも多くの予防的リフレッシュを生成することができず、したがって、RACTエントリ毎に2つ以上の予防的リフレッシュを生成することができない。
ロジックは行がTrigEffに到達したかどうかを検出することができる。したがって、新しいリフレッシュウィンドウが開始するとき、任意の行の最大の「過去のアクティベーション」は、そのような値がまだ予防的リフレッシュを生成しないので、Trig Eff trig-1まで上がる価値がある。
本明細書の実施形態はDRAMバンクの文脈で説明されてきたが、本明細書で説明される技法は高密度DRAMバンク(リフレッシュ動作を有し、ロウハンマー効果を受ける)と同等である任意のメモリアレイに適用することができることは明らかである。
- 低電力バージョンのDDR、DDR2、DDR3、DDR4
- GDDR、GDDR2、GDDR3、GDDR4、GDDR5
- HBM。
- いくつかのDRAMバンクで説明されているいくつかの材料資源の因子、
- 異なるフィールドを持つテーブルを、より少ないフィールドを持つ異なるテーブルに置き換える、
- テーブルを異なるより小さなテーブルに置き換える。アルゴリズムは、複数のエントリを一度に処理するように変更される。
- no_row値の代わりに有効ビットを使用する。この有効ビットは各エントリの追加のフィールドに配置されている。または追加のテーブルではRACT row CountフィールドとOTHER rows Countレジスタをカウントする代わりに、有効化コマンドをカウントする。
- RACT ROW COUNT フィールドとOTHER ROW COUNTレジスタはリフレッシュウィンドウで許可されているアクティベーションコマンドの数で初期化される。
- 行をトポロジ的に隣接する行パッケージにグループ化し、アクティベーションは行パッケージレベルで行われ、アクティブ化の数がTrig Effに達すると、:
- アグレッサパッケージのすべての行がリフレッシュされる、
- アグレッサパッケージに隣接する2つの行がリフレッシュされる(または、リフレッシュが行パッケージの粒度レベルで管理される場合、2つの対応する行がリフレッシュされる)。
Claims (8)
- 1つまたは複数のバンク(126)を含むメモリデバイス(120)であって、当該バンク(126)がDRAMメモリの複数の行を含んでいる、メモリデバイス(120)であって、
前記メモリデバイス(120)は、外部アクセスポート(121)と、1つまたは複数の内部プロセッサ(122)と、ロウハンマートリガ検出ロジック(123)と、予防的リフレッシュ送信ロジック(124)とをさらに含み、
前記外部アクセスポート(121)は、外部メモリコントローラ(111)が前記バンク(126)の前記行をアクティブにして、次いでアクセスすることを可能にするように構成されており、
前記内部プロセッサ(122)は、前記バンク(126)の前記行をアクティブにして、次いでアクセスすることができる構成となっており、
前記ロウハンマートリガ検出ロジック(123)は、各バンクについて、前記外部メモリコントローラ(111)および前記内部プロセッサ(122)の少なくとも何れかによって発せられたアクティベーションコマンドを監視する構成となっており、
前記ロウハンマートリガ検出ロジック(123)は、1つまたは複数のテーブルと、追加のカウント値と、を記憶するメモリを含み、
前記1つまたは複数のテーブルは、前記バンクに含まれる複数の行のサブセットの各行について、当該行のアクティベーションコマンド数に基づいているカウント値を示す当該テーブルであって、当該テーブル内のカウント値に関連する行のサブセットが、複数のカウント値に基づいて前記ロウハンマートリガ検出ロジックによって、前記バンクに含まれる各行のアクティベーションコマンド数の検出値に基づいて最も頻繁にアクティベーションされた行を示すように動的に修正されるテーブルであり、
前記追加のカウント値とは、前記行のサブセットに含まれない任意の行にある可能性があるアクティベーションコマンド数の最大値を示し、
前記ロウハンマートリガ検出ロジックは、前記カウント値のそれぞれを閾値レベルと比較して前記サブセット内の1つまたは複数の行を識別する構成となっているとともに、当該識別された行それぞれに隣接する1つまたは複数の行をリフレッシュする動作を始動させる構成となっており、
前記ロウハンマートリガ検出ロジックは、前記追加のカウント値に基づいて、前記サブセットに含まれている行をアクティベーションコマンド対象の行と置換し、
前記予防的リフレッシュ送信ロジック(124)は、前記外部メモリコントローラによって生成された周期的リフレッシュ要求の代わりにリフレッシュ要求を発し、それによって前記周期的リフレッシュ要求の1つまたは複数を遅延させることによって、識別された各行の1つまたは複数の隣接行のリフレッシュ動作を実施するように構成されている、
メモリデバイス(120)。 - 前記1つまたは複数のテーブルは、前記サブセットの各行に関連するエントリを含んでおり、
前記エントリは、前記カウント値を含み、
前記1つまたは複数のテーブルの前記エントリの数は、バンク(126)に含まれる行の数の100分の1未満である、
請求項1に記載のメモリデバイス。 - 前記周期的リフレッシュ要求が遅延される持続時間は、各メモリが時間の経過と共にそのデータを正しく保持することを可能にする最大持続時間を超えない、
請求項1または2に記載のメモリデバイス。 - 前記予防的リフレッシュ送信ロジックは、識別された行ごとに、リフレッシュされるべき1つまたは複数の隣接する行の指示を記憶するメモリ(FIFO)を含む、
請求項1から3のいずれか1項に記載のメモリデバイス。 - 前記外部メモリコントローラによって使用される外部プロトコルは、前記メモリデバイスに自発的にリフレッシュ動作をおこなわせることを可能にする、
請求項1から4のいずれか1項に記載のメモリデバイス。 - 前記ロウハンマートリガ検出ロジック(123)は、前記外部メモリコントローラまたは前記内部プロセッサによって発せられる各アクティベーションコマンドの後に、対象の行が前記サブセットの行の一部である場合には、アクティベーションコマンドによって対象とされる行に関連するカウント値を変更し、アクティベーションコマンド対象の行が前記サブセットの行の一部ではなく、且つ前記テーブル内の或るエントリのカウント値が追加カウント値に等しい場合には、当該或るエントリを、当該アクティベーションコマンド対象の行に対応するエントリに置換し、アクティベーションコマンド対象の行が前記サブセットの行の一部ではなく、且つ前記テーブルのカウント値のいずれも追加カウント値と等しくない場合には、前記追加カウント値を変更する、
請求項1から5のいずれか1項に記載のメモリデバイス。 - 複数のDRAMメモリ行を含む1つまたは複数のバンク(126)を備えたメモリデバイス(120)を、ロウハンマー効果から保護する方法であって、
ロウハンマートリガ検出ロジック(123)を使用して、外部メモリコントローラ(111)およびメモリデバイス(120)の1つまたは複数の内部プロセッサ(122)の少なくとも何れかによって発せられるロウアクティベーションコマンドを監視するステップであって、各ロウアクティベーションコマンドは外部メモリコントローラまたは1つまたは複数の内部プロセッサによってアクセスされる前に、前記バンクの行をアクティベートさせるステップと、
前記ロウハンマートリガ検出ロジック(123)を使用して、各バンクに含まれる複数の行のサブセットの各行について、当該行についてのアクティベーションコマンドの数に基づくカウント値を示す1つまたは複数のテーブルを記憶するステップであって、1つまたは複数のテーブル内のカウント値に関連する行のサブセットは、カウント値に基づいて前記ロウハンマートリガ検出ロジック(123)によって動的に修正され、各バンクの各行についてのアクティベーションコマンドの検出に基づいて最も頻繁にアクティベートされた行を示すステップと、
前記ロウハンマートリガ検出ロジック(123)を使用して、行の前記サブセットに属さない任意の行に向けられたことが可能であったアクティブ化コマンドの最大数を示す追加カウント値を記憶するステップと、
前記ロウハンマートリガ検出ロジック(123)を使用して、1つまたは複数のテーブル内の1つまたは複数の行を識別するために、カウント値のそれぞれをしきい値レベルと比較するステップと、
前記ロウハンマートリガ検出ロジック(123)を使用して、識別された行に隣接する1つまたは複数の行をリフレッシュするための動作をトリガするステップと、
前記ロウハンマートリガ検出ロジック(123)は、前記追加カウント値に基づいて、前記サブセットに含まれている行をアクティベーションコマンド対象の行と置換するステップと、
外部メモリコントローラによって生成された周期的リフレッシュ要求の代わりにリフレッシュ要求を発行することによって、識別された行の1つまたは複数の隣接する行のためのリフレッシュ動作を、予防的リフレッシュ送信ロジック(124)を使用して実施するステップであって、それによって、1つまたは複数の前記周期的リフレッシュ要求を遅延させるステップと、を含む、
方法。 - 前記外部メモリコントローラまたは前記内部プロセッサによって発せられる各アクティベーションコマンドの後に、以下のステップ:
対象となる行が前記サブセットの行の一部である場合には、アクティベーションコマンドによって対象とされる行に関連するカウント値を変更するステップ、
アクティベーションコマンド対象の行が前記サブセットの行の一部ではなく、且つ1つまたは複数のテーブル内の或るエントリのカウント値が前記追加カウント値と等しい場合には、当該或るエントリを、当該アクティベーションコマンドによって対象とされる行に対応するエントリに置換するステップ、
アクティベーションコマンド対象の行が前記サブセットの行の一部ではなく、且つ1つまたは複数のテーブルのカウント値のいずれもが前記追加カウント値と等しくない場合には、前記追加カウント値を変更するステップ、
をさらに含む、請求項7に記載の方法。
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