JPH10302471A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH10302471A
JPH10302471A JP9112570A JP11257097A JPH10302471A JP H10302471 A JPH10302471 A JP H10302471A JP 9112570 A JP9112570 A JP 9112570A JP 11257097 A JP11257097 A JP 11257097A JP H10302471 A JPH10302471 A JP H10302471A
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JP
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write
memory cell
cell array
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JP9112570A
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Kazunari Inoue
一成 井上
Hideaki Abe
英明 阿部
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Priority to TW087102825A priority patent/TW374165B/zh
Publication of JPH10302471A publication Critical patent/JPH10302471A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バンド幅の広いエンベディドDRAMを提供
する。 【解決手段】 ダイナミックメモリセルアレイ100と
スタティックメモリセルアレイ200との間にデータ転
送パイプラインレジスタ群DTRを設け、データ転送バ
ス群DTBとデータ転送パイプラインレジスタ群DTR
とを単方向読出バスGBRおよび単方向書込バスGBW
で接続し、データ転送パイプラインレジスタ群DTRと
スタティックメモリセルアレイ200とを単方向書込バ
スSWおよび単方向読出バスSRで接続した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体記憶装置に関
し、さらに詳しくは、ハイバンド幅を有するエンベディ
ド(Enbedded)DRAM(ダイナミックランダムアクセ
スメモリ)に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、CPUを中心にコンピュータシス
テムの動作速度などの性能が大幅に向上していることか
ら、DRAMに対してもバンド幅の向上が強く要求され
ている。一般に、バンド幅は次の式(1)により定義さ
れる。
【0003】 バンド幅=データバスの配線数×データバスの動作周波数 …(1) したがって、バンド幅を大きくするためには、データバ
スの配線数(バス幅)を増やすか、または優れた特性の
トランジスタが製造可能なプロセス技術によってチップ
を製造してデータバスの動作周波数を上げるかする必要
がある。しかしながら、いずれの手法も高価であり、実
現は容易ではない。性能の向上は、常にパフォーマンス
/コストが指標となるからである。
【0004】一方、マイクロプロセッサなどにおいて
は、パイプラインレジスタを中継点として設けることに
よりデータバスの動作周波数を上げるという手法がしば
しば行なわれている。しかしながら、DRAMにおいて
は、メモリセルのデータ信号、およびそれをセンスアン
プで増幅したデータ信号のいずれも非常に微弱であるた
め、一般にセンスアンプの入出力データバスには双方向
でかつ相補型のものが採用されている。
【0005】図12を参照して、従来の典型的なエンベ
ディドDRAMは、4つのバンク♯1〜♯4に分割され
たダイナミックメモリセルアレイ(DMCA)100
と、バンク♯1〜♯4に対応して設けられた行デコーダ
101(#1)〜101(#4)と、バンク♯1〜♯4
に対応して設けられた列デコーダ102(#1)〜10
2(#4)と、バンク♯1〜♯4に対応して設けられた
センスアンプ群SA(#1)〜SA(#4)と、キャッ
シュメモリとしてのスタティックメモリセルアレイ(S
MCA)200と、センスアンプ群SA(#1)〜SA
(#4)とスタティックメモリセルアレイ200との間
に接続された双方向読出/書込バス1030(#1)〜
1030(#4)と、スタティックメモリセルアレイ2
00と外部ピン(図示せず)との間に接続された双方向
読出/書込バス2000とを備える。
【0006】このように従来のエンベディドDRAMに
おいては、双方向でかつ相補型の読出/書込バス103
0(#1)〜1030(#4)が採用されている。ま
た、ここでは図示されていないが、センスアンプ群SA
(#1)〜SA(#4)から送られたデータ信号は微弱
であるため、スタティックメモリセルアレイ200の直
前にもう1つ別の増幅器が設けられる場合もある。した
がって、その増幅器から外部ピンまでの経路をパイプラ
イン化することはあっても、この双方向でかつ相補型の
読出/書込バスそのものをパイプライン化することは困
難であった。
【0007】その結果、DRAMのバンド幅を大きくす
るためには、読出/書込バス1030(#1)〜103
0(#4)の配線数を増やすか、またはDRAM全体の
動作速度を少し向上させる、などの手法が行なわれてい
た。また、読出/書込バス1030(#1)〜1030
(#4)は一般にワード線のシャント領域上に配置され
るため、その配線数を画期的に増やすことは困難であっ
た。
【0008】これまでにもハイバンド幅を有するDRA
Mは提案されているが、いずれもバンド幅のピークは大
きいが、平均またはワーストケースのバンド幅はさほど
改善されていなかった。たとえばシンクロナスDRAM
では、バンド幅のベストケースは800Mバイト/秒で
あるが、ワーストケースは114Mバイト/秒である。
【0009】一方、フレームバッファ用のDRAMで
は、ページミスレートを低減するために、メモリセルア
レイを複数のバンクに分割するという手法がある。たと
えば1つの列デコーダが複数のバンクに共通に設けられ
たDRAMにおいて、複数のバンクにまたがってランダ
ムアクセスが行なわれると、アクセス速度は速くても2
0ナノ秒が限界であった。また、列デコーダがバンクと
1対1対応で設けられたDRAMでは、複数のバンクに
またがって高速なランダムアクセスが可能であるが、列
デコーダによるシリコンペナルティが大きい。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上のようなことか
ら、従来は次のような問題があった。
【0011】(1)バンド幅を大きくするためにデータ
バスの配線数を増やすとシリコンペナルティが増大す
る。
【0012】(2)ページミスレートを低減するために
バンク数を増やすとシリコンペナルティが増大する。
【0013】(3)DRAMをフレームバッファとして
用いるとCRTリフレッシュ時にページミスが多発す
る。
【0014】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、その目的はシリコンペナルティを
増大させることなくハイバンド幅を有する半導体記憶装
置を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る半導体記
憶装置は、ダイナミックメモリセルアレイと、センスア
ンプ列と、複数の読出/書込線対と、複数の読出バッフ
ァと、複数の書込バッファと、複数の第1の読出線と、
複数の第1の書込線と、読出レジスタと、書込レジスタ
と、スタティックメモリセルアレイと、第2の書込線
と、第2の読出線とを備える。ダイナミックメモリセル
アレイは複数のビット線対を含む。センスアンプ列は複
数のビット線対に接続される。複数の読出/書込線対は
複数のビット線対に接続される。読出バッファの各々
は、読出/書込線対の1つに対応し、かつその対応する
1つの読出/書込線対に接続される。書込バッファの各
々は、読出/書込線対の1つに対応し、かつその対応す
る1つの読出/書込線対に接続される。第1の読出線の
各々は、読出バッファの1つに対応し、かつその対応す
る1つの読出バッファに接続される。第1の書込線の各
々は、書込バッファの1つに対応し、かつその対応する
1つの書込バッファに接続される。読出レジスタは複数
の第1の読出線に接続される。書込レジスタは複数の第
1の書込線に接続される。第2の書込線は、読出レジス
タとスタティックメモリセルアレイとの間に接続され、
読出レジスタからスタティックメモリセルアレイにデー
タを書込むためのものである。第2の読出線は、スタテ
ィックメモリセルアレイと書込レジスタとの間に接続さ
れ、スタティックメモリセルアレイから書込レジスタに
データを読出すためのものである。
【0016】請求項2に係る半導体記憶装置において
は、請求項1の構成に加えて、第2の書込および読出線
の動作周波数は第1の読出および書込線の数のN(Nは
自然数)倍であり、第2の書込および読出線の数は第1
の読出および書込線の数の1/N倍である。
【0017】請求項3に係る半導体記憶装置において
は、請求項1または2の構成に加えて、読出および書込
バッファはセンスアンプ列に隣接する。読出および書込
レジスタはスタティックメモリセルアレイに隣接する。
第1の読出および書込線はダイナミックメモリセルアレ
イ上に形成される。
【0018】請求項4に係る半導体記憶装置において
は、請求項1または2の構成に加えて、読出および書込
バッファならびに読出および書込レジスタはセンスアン
プ列に隣接する。第2の読出および書込線はダイナミッ
クメモリセルアレイ上に形成される。
【0019】請求項5に係る半導体記憶装置はダイナミ
ックメモリセルアレイを備える。ダイナミックメモリセ
ルアレイは複数のメインバンクに分割される。メインバ
ンクの各々は複数のサブバンクに分割される。半導体記
憶装置はさらに、複数の第1のデコーダと、複数の第2
のデコーダとを備える。第1のデコーダの各々は、メイ
ンバンクの1つに対応し、かつその対応するメインバン
クに接続される。第2のデコーダの各々は、サブバンク
の1つに対応し、かつその対応するサブバンクに接続さ
れる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一
または相当部分を示す。
【0021】[実施の形態1]図1を参照して、本発明
の実施の形態1によるエンベディドDRAMは、4つの
メインバンク♯1〜♯4に分割されたダイナミックメモ
リセルアレイ(DMCA)100と、4つのメインバン
ク♯1〜♯4に対応して設けられた4つのセンスアンプ
群SA(♯1)〜SA(♯4)と、4つのセンスアンプ
群SA(♯1)〜SA(♯4)に対応して設けられた4
つのデータ転送バッファ群DTB(♯1)〜DTB(♯
4)と、センスアンプ群SA(♯1)〜SA(♯4)と
データ転送バッファ群DTB(♯1)〜DTB(♯4)
との間にそれぞれ接続された双方向読出/書込バスLR
W(♯1)〜LRW(♯4)と、データ転送バッファ群
DTB(♯1)〜DTB(♯4)に対応して設けられた
データ転送パイプラインレジスタ群DTR(♯1)〜D
TR(♯4)と、データ転送バスDTB(♯1)〜DT
B(♯4)とデータ転送パイプラインレジスタ群DTR
(♯1)〜DTR(♯4)との間に接続され、データ転
送バッファ群DTB(♯1)〜DTB(♯4)からデー
タ転送パイプラインレジスタ群DTR(♯1)〜DTR
(♯4)にデータを転送する単方向読出バスGBR(♯
1)〜GBR(♯4)と、データ転送パイプラインレジ
スタ群DTR(♯1)〜DTR(♯4)とデータ転送バ
ッファ群DTB(♯1)〜DTB(♯4)との間に接続
され、データ転送パイプラインレジスタ群DTR(♯
2)〜DTR(♯4)からデータ転送バッファ群DTB
(♯1)〜DTB(♯4)にデータを転送するための単
方向書込バスGBW(♯1)〜GBW(♯4)と、4つ
のバンク♯1〜♯4に分割されたスタティックメモリセ
ルアレイ(SMCA)200と、データ転送パイプライ
ンレジスタ群DTR(♯1)〜DTR(♯4)とスタテ
ィックメモリセルアレイ200のバンク♯1〜♯4との
間に接続され、データ転送パイプラインレジスタ群DT
R(♯1)〜DTR(♯4)からスタティックメモリセ
ルアレイ200のバンク♯1〜♯4にデータを転送する
ための単方向書込バスSW(♯1)〜SW(♯4)と、
スタティックメモリセルアレイ200のバンク♯1〜♯
4とデータ転送パイプラインレジスタ群DTR(♯1)
〜DTR(♯4)との間に接続され、スタティックメモ
リセルアレイ200のバンク♯1〜♯4からデータ転送
パイプラインレジスタ群DTR(♯1)〜DTR(♯
4)にデータを転送する単方向読出バスSR(♯1)〜
SR(♯4)とを備える。
【0022】メインバンク♯1〜♯4の各々は2つのサ
ブバンク♯Aおよび♯Bに分割される。このDRAMは
さらに、メインバンク♯1〜♯4に対応して設けられた
列デコーダ102(♯1)〜102(♯4)と、8つの
サブバンク♯1A,♯1B〜♯4A,♯4Bに対応して
設けられた8つの行デコーダ101(♯1A),101
(♯1B)〜101(♯4A),101(♯4B)とを
備える。
【0023】このDRAMはさらに、データ信号の入出
力を行なう論理回路300と、スタティックメモリセル
アレイ200のバンク♯1〜♯4と論理回路300との
間に接続された単方向読出バス2010(♯1)〜20
10(♯4)および単方向書込バス2020(♯1)〜
2020(♯4)と、上記回路を制御する制御回路40
0と、外部ピン500とを備える。
【0024】双方向読出/書込バスLRW(♯1)〜L
RW(♯4)は相補型であり、読出時にデータ信号をセ
ンスアンプ群SA(♯1)〜SA(♯4)からデータ転
送バッファ群DTB(♯1)〜DTB(♯4)に転送
し、書込時にデータ信号をデータ転送バッファ群DTB
(♯1)〜DTB(♯4)からセンスアンプ群SA(♯
1)〜SA(♯4)に転送する。
【0025】単方向読出バスGBR(♯1)〜GBR
(♯4)は、読出時にデータ信号をデータ転送バッファ
群DTB(♯1)〜DTB(♯4)からデータ転送パイ
プラインレジスタ群DTR(♯1)〜DTR(♯4)に
転送する。単方向書込バスGBW(♯1)〜GBW(♯
4)は、書込時にデータ信号をデータ転送パイプライン
レジスタ群DTR(♯1)〜DTR(♯4)からデータ
転送バッファ群DTB(♯1)〜DTB(♯4)に転送
する。
【0026】ここで、たとえば行デコーダ101(♯1
A)がワード線WLを選択すると、ワード線WLに接続
されたすべてのメモリセル(図示せず)からビット線対
(図示せず)にデータ信号が読出され、それらデータ信
号はセンスアンプ群SA(♯1)によって増幅される。
列デコーダ102(♯1)が列選択線(図示せず)を選
択すると、その選択された列選択線に対応するビット線
対から双方向読出/書込バスLRW(♯1)を介してデ
ータ転送バッファ群DTB(♯1)にデータ信号が転送
される。
【0027】上記のようにデータ信号はセンスアンプ群
SA(♯1)〜SA(♯4)によって増幅されるが、微
弱であるため、データ転送バッファ群DTB(♯1)〜
DTB(♯4)はセンスアンプ群SA(♯1)〜SA
(♯4)の近傍に配置され、それにより双方向読出/書
込バスLRW(♯1)〜LRW(♯4)の長さは可能な
限り短くされている。データ転送バッファ群DTB(♯
1)〜DTB(♯4)のバス駆動能力はセンスアンプ群
SA(♯1)〜SA(♯4)のそれよりも大きいため、
単方向読出バスGBR(♯1)〜GBR(♯4)および
単方向書込バスGBW(♯1)〜GBW(♯4)は双方
向読出/書込バスLRW(♯1)〜LRW(♯4)より
も長くすることができる。
【0028】スタティックメモリセルアレイ200は、
単方向読出バスSR(♯1)〜SR(♯4)、単方向書
込バスSW(♯1)〜SW(♯4)、単方向読出バス2
010(♯1)〜2010(♯4)、および単方向書込
バス2020(♯1)〜2020(♯4)に接続された
4つのポートを有する。
【0029】メインバンク♯1〜♯4の各々は20個の
サブアレイに分割される。たとえば図2に示されるよう
に、メインバンク♯1は20個のサブアレイSUB1〜
SUB20に分割される。センスアンプ群SA(♯1)
は20個のセンスアンプ列103に分割される。データ
転送バッファ群DTB(♯1)は40個のデータ転送バ
ッファ列104に分割される。2つのセンスアンプ列1
03がサブアレイSUB1〜SUB20の各々の両側に
隣接して配置され、2つのデータ転送バッファ列104
がさらにその両側に隣接して配置される。その他のメイ
ンバンク♯2〜♯4もメインバンク♯1と同様に構成さ
れる。
【0030】サブアレイSUB1は、図3に示されるよ
うに配置された複数のワード線WLと、列に配置された
複数のビット線対BL,/BLと、行および列に配置さ
れた複数のダイナミックメモリセル600とを含む。メ
モリセル600の各々は、アクセストランジスタ601
と、キャパシタ602とを含む。
【0031】センスアンプ列103は複数のセンスアン
プ1030を含む。センスアンプ1030はビット線対
BL,/BLにそれぞれ接続される。
【0032】また、1つのサブアレイSUB1に対応し
て2つのローカル読出/書込線対LRW1,/LRW1
およびLRW2,/LRW2が配置される。サブアレイ
SUB1中のビット線対BL,/BLのうち半数は列選
択ゲート603,604を介して1つのローカル読出/
書込線対LRW1,/LRW1に共通に接続され、その
残り半数は列選択ゲート603,604を介してもう1
つのローカル読出/書込線対LRW2,/LRW2に共
通に接続される。
【0033】また、2つのビット線対BL,/BLに対
応して1つの列選択線CSLが配置される。その1つの
列選択線CSLは、その2つのビット線対BL,/BL
に接続された4つの列選択ゲート603,604のゲー
トに接続される。列選択ゲートCSLは図1に示された
列デコーダ102(♯1)に接続される。
【0034】ローカル読出/書込線対LRW1,/LR
W1は、図2に示されたサブアレイSUB1の一方側
(図上上側)に配置され、ローカル読出/書込線対LR
W2,/LRW2はサブアレイSUB1の他方側(図上
下側)に配置される。したがって、ローカル読出/書込
線対LRW1,/LRW1に接続されたセンスアンプ1
030が図2に示されたサブアレイSUB1の一方側
(図上上側)に配置されたセンスアンプ列103を構成
し、ローカル読出/書込線対LRW2,/LRW2に接
続されたセンスアンプ1030がサブアレイSUB1の
他方側(図上下側)に配置されたセンスアンプ列103
を構成する。
【0035】また、データ転送バッファ列104は、図
3に示されるように2つの読出バッファ1041,10
42と、2つの書込バッファ1043,1044とを含
む。読出バッファ1041,1042はローカル読出/
書込線対LRW1,/LRW1,LRW2,/LRW2
に対応して設けられる。読出バッファ1041は対応す
るローカル読出/書込線対LRW1,/LRW1に接続
される。読出バッファ1042は対応するローカル読出
/書込線対LRW2,/LRW2に接続される。
【0036】書込バッファ1043,1044もまたロ
ーカル読出/書込線対LRW1,/LRW1,LRW
2,/LRW2に対応して設けられる。書込バッファ1
043は対応するローカル読出/書込線対LRW1,/
LRW1に接続される。書込バッファ1044は対応す
るローカル読出/書込線対LRW2,/LRW2に接続
される。
【0037】読出バッファ1041および書込バッファ
1043は、図2に示されたサブアレイSUB1の一方
側(図上上側)に配置されたデータ転送バッファ104
を構成し、読出バッファ1042および書込バッファ1
044はサブアレイSUB1の他方側(図上下側)に配
置されたデータ転送バッファ104を構成する。
【0038】また、データ転送パイプラインレジスタ群
(♯1)は、20個のサブアレイSUB1〜SUB20
に対応する20個の図3に示されるようなデータ転送パ
イプラインレジスタ105を含む。したがって、図3に
示された1つのデータ転送バッファ104に対応して1
つのデータ転送パイプラインレジスタ105が設けられ
る。
【0039】データ転送パイプラインレジスタ105
は、図3に示されるように、読出パイプラインレジスタ
1051と、書込パイプラインレジスタ1052とを含
む。読出バッファ1041および1042はそれぞれグ
ローバル読出線GBR1およびGBR2を介して読出パ
イプラインレジスタ1051に接続される。書込パイプ
ラインレジスタ1052はグローバル書込線GBW1お
よびGBW2を介して書込バッファ1043および10
44に接続される。また、読出パイプラインレジスタ1
051はSRAM書込線SW1を介してスタティックメ
モリセルアレイ200のバンク♯1に接続される。スタ
ティックメモリセルアレイ200のバンク♯1はSRA
M読出線SR1を介して書込パイプラインレジスタ10
52に接続される。
【0040】他のサブアレイSUB2〜SUB20も上
述したサブアレイSUB1と同様に構成される。したが
って、図3に示されるような2対のローカル読出/書込
線LRW1,/LRW1およびLRW2,/LRW2が
図2に示されたサブアレイSUB1〜SUB20に対応
して設けられるため、図1に示された双方向読出/書込
バスLRW(♯1)は40対のローカル読出/書込線を
含む。また、図3に示されるような2本のグローバル読
出線GBR1,GBR2は図2に示されたSUB1〜S
UB20の各々に対応して設けられるため、図1に示さ
れた単方向読出バスGBR(♯1)は40本のグローバ
ル読出線を含む。図3に示されるような2本のグローバ
ル書込線GBR1,GBR2もまたサブアレイSUB1
〜SUB20の各々に対応して設けられるため、図1に
示された単方向書込バスGBR(♯1)は40本のグロ
ーバル書込線を含む。また、図3に示されるような1つ
のデータ転送パイプラインレジスタ105はサブアレイ
SUB1〜SUB20の各々に対応して設けられるた
め、図1に示された単方向書込バスSW(♯1)は20
本のSRAM書込線を含み、単方向読出バスSR(♯
1)は20本のSRAM読出線を含む。
【0041】したがって、双方向読出/書込バス(♯
1)を構成するローカル読出/書込線の総数(80)
は、単方向読出バスGBR(♯1)を構成するグローバ
ル読出線および単方向書込バスGBR(♯1)を構成す
るグローバル書込線の総数(80)と等しい。また、単
方向書込バスSW(♯1)を構成するSRAM書込線お
よび単方向読出バスSR(♯1)を構成するSRAM読
出線の総数(40)は、単方向読出バスGBR(♯1)
を構成するグローバル読出線および単方向書込バスGB
W(♯1)を構成するグローバル書込線の総数(80)
の半分である。
【0042】ここで、図3を参照してデータ転送パイプ
ラインレジスタ105の構成を具体的に説明する。読出
パイプラインレジスタ1051は、グローバル読出線G
BR1からデータ信号を受ける第1の経路と、グローバ
ル読出線GBR2からデータ信号を受ける第2の経路と
を含む。読出パイプラインレジスタ1051の第1の経
路は、読出制御信号φRおよび/φRに応答してデータ
信号をラッチする1つのラッチ回路を含む。読出パイプ
ラインレジスタ1051の第2の経路は、読出制御信号
φRおよび/φRに応答してデータ信号をラッチする2
つのラッチ回路を含む。
【0043】書込パイプラインレジスタ1052は、グ
ローバル書込線GBW1にデータ信号を供給する第1の
経路と、グローバル書込線GBW2にデータ信号を供給
する第2の経路とを含む。書込パイプラインレジスタ1
052の第1の経路は、書込制御信号φWおよび/φW
に応答してデータ信号をラッチする3つのラッチ回路を
含む。書込パイプラインレジスタ1052の第2の経路
は、書込制御信号φWおよび/φWに応答してデータ信
号をラッチする2つのラッチ回路を含む。
【0044】まず、読出パイプラインレジスタ1051
の動作を図4に示されたタイミング図を参照して説明す
る。
【0045】図3に示された列選択線CSLのうち1つ
が活性化されると、対応する2つの列選択ゲート60
3,604がオンになり、対応する2つのビット線対B
L,/BLからローカル読出/書込線対LRW1,/L
RW1およびLRW2,/LRW2に2つの相補データ
信号がそれぞれ転送される。ローカル読出/書込線対L
RW1,/LRW1の相補データ信号は読出バッファ1
041によって増幅され、1つのデータ信号RD11と
して1本のグローバル読出線GBR1を介して読出パイ
プラインレジスタ1051の第1の経路に供給される。
これと同時に、ローカル読出/書込線対LRW2,/L
RW2の相補データ信号は読出バッファ1042によっ
て増幅され、1つのデータ信号RD21として1本のグ
ローバル読出線GBR2を介して読出パイプラインレジ
スタの第2の経路に供給される。
【0046】データ信号RD11は読出制御信号φRお
よび/φRに応答して第1の経路のラッチ回路にラッチ
されると同時に、データ信号RD21は第2の経路の最
初のラッチ回路にラッチされる。続いて、第1の系統の
ラッチ回路にラッチされたデータ信号は読出制御信号φ
Rおよび/φRに応答してSRAM書込線SRW1に供
給されるが、第2の経路の最初のラッチ回路にラッチさ
れたデータ信号RD21は2つ目ののラッチ回路にラッ
チされる。続いて、第2の経路の2つ目のラッチ回路に
ラッチされたデータ信号RD21は読出制御信号φRお
よび/φRに応答してSRAM書込線SRW1に供給さ
れる。
【0047】データ信号RD11およびRD21に続い
て同時に供給されるデータ信号RD12およびRD22
もまた順次SRAM書込線SRW1に供給される。
【0048】次に、書込パイプラインレジスタ1052
の動作を図5に示されたタイミング図を参照して説明す
る。
【0049】スタティックメモリセルアレイ200のバ
ンク♯1から読出されたデータ信号WD11,WD2
1,WD12,WD22はSRAM読出線SR1を介し
て書込パイプラインレジスタ1052に供給される。デ
ータ信号WD11は書込制御信号φWおよび/φWに応
答して書込パイプラインレジスタ1052の第1の経路
中の最初のラッチ回路にラッチされる。データ信号WD
21は書込制御信号φWおよび/φWに応答して第1の
経路中の最初のラッチ回路にラッチされる。続いて、書
込制御信号φWおよび/φWに応答して、データ信号W
D11は第1の経路中の2つ目のラッチ回路にラッチさ
れると同時に、データ信号WD21は第2の経路中の最
初のラッチ回路にラッチされる。続いて書込制御信号φ
Wおよび/φWに応答してデータ信号WD11は第1の
経路中の3つ目のラッチ回路にラッチされると同時に、
データ信号WD21は第2の経路中の3つ目のラッチ回
路にラッチされる。続いて、書込制御信号φWおよび/
φWに応答して、データ信号WD11は1本のグローバ
ル書込線GBW1を介して書込バッファ1043に供給
されると同時に、データ信号WD21は1本のグローバ
ル書込線GBW2を介して書込バッファ1044に供給
される。データ信号WD11およびWD21は、書込バ
ッファ1043および1044によってそれぞれ増幅さ
れる。続いて、列選択線CSLのうち1本が活性化され
ると、対応する2つの列選択ゲート603,604がオ
ンになる。そのため、書込バッファ1043のデータ信
号WD11はローカル読出/書込線対LRW1,/LR
W1を介して対応するビット線対BL,/BLに転送さ
れる。これと同時に、書込バッファ1044のデータ信
号WD21はローカル読出/書込線対LRW2,/LR
W2を介して対応するビット線対BL,/BLに転送さ
れる。
【0050】データ信号WD12およびWD22も上記
と同様にグローバル書込線GBW1およびGBW2を介
して書込バッファ1043および1044に並列的に供
給され、さらにローカル読出/書込線対LRW1,/L
RW1およびLRW2,/LRW2を介してビット線対
BL,/BLおよびBL,/BLに並列的に供給され
る。
【0051】データ転送パイプラインレジスタ群DTR
(♯1)に含まれるその他のデータ転送パイプラインレ
ジスタの構成および動作は上述したデータ転送パイプラ
インレジスタ105と同様である。
【0052】1つのサブアレイSUB1に着目すると、
SRAM書込線SW1の数(1本)はグローバル読出線
GBR1,GBR2の数(2本)の1/2倍であるが、
SRAM書込線SW1の動作周波数はグローバル読出線
GBR1,GBR2の動作周波数の2倍である。したが
って、SRAM読出線SR1の数(1本)はグローバル
書込線GBW1,GBW2の数(2本)の1/2倍であ
るが、SRAM読出線SR1の動作周波数はグローバル
書込線GBW1,GBW2の動作周波数の2倍である。
【0053】したがって、図1に示された1つのメイン
バンク♯1に着目すると、単方向書込バスSW(♯1)
の幅(20ビット)は単方向読出バスGBW(♯1)の
幅(40ビット)の1/2倍であるが、単方向書込バス
SW(♯1)の動作周波数は単方向読出バスGBR(♯
1)の動作周波数の2倍である。また、単方向読出バス
SR(♯1)の幅(20ビット)は単方向書込バス(♯
1)の幅(40ビット)の1/2倍であるが、単方向読
出バスSR(♯1)の動作周波数は単方向書込バスGB
W(♯1)の動作周波数の2倍である。
【0054】センスアンプ1030によって増幅された
データ信号は微弱であるため、ローカル読出/書込線L
RW1,/LRW1,LRW2,/LRW2は相補型で
かつ読出および書込兼用であるが、読出バッファ104
1,1042によって増幅されたデータ信号は強力であ
るため、グローバル読出線GBR1,/GBR2は単線
型でかつ読出専用である。これに伴い、グローバル書込
線GBW1,/GBW2は単線型でかつ書込専用であ
る。このように実施の形態1ではデータ転送バッファと
データ転送パイプラインレジスタとの間に接続されたバ
スが読出または書込専用であるにもかかわらず、その配
線数は双方向読出/書込バスの配線数と等しい。
【0055】従来の典型的なエンベディドDRAMでは
ダイナミックメモリセルアレイおよびスタティックメモ
リセルアレイ間の転送バスは相補型でかつ読出および書
込兼用であるのに対し、本実施の形態1によるエンベデ
ィドDRAMではダイナミックメモリセルアレイおよび
スタティックメモリセルアレイ間の転送バスは単線型で
かつ読出または書込専用である。したがって、単方向読
出バスGBR(♯1)〜GBR(♯4)および単方向書
込バスGBW(♯1)〜GBW(♯4)の配線数は従来
の双方向読出/書込バスの配線数と同じであるにもかか
わらず、データ信号の転送速度は2倍になりかつ読出デ
ータ信号と書込データ信号とが同時に転送可能であるか
ら、動作速度は従来の4倍になる。
【0056】64MDRAMクラスで用いられる0.3
μmプロセスのシミュレーションによると、ダイナミッ
クメモリセルアレイ100からデータ転送パイプライン
レジスタ群DTR(♯1)〜DTR(♯4)へのデータ
転送周波数は100MHzであった。他方、データ転送
パイプラインレジスタ群DTR(♯1)〜DTR(♯
4)とスタティックメモリセルアレイ200との間のデ
ータ転送周波数は200MHzであった。
【0057】64MDRAMクラスでは図2に示される
1つのメインバンク(♯1)を構成するサブアレイSU
B1〜SUB20の図上横幅は約4000μmになり、
その上に6000本のパワーメッシュ配線と600本の
データバス配線を配置することも可能である。
【0058】たとえば、単方向読出バスGBR(♯1)
〜GBR(♯4)および単方向書込バスGBW(♯1)
〜GBW(♯4)の配線数を600本にしかつその動作
周波数を100MHzにするとともに、単方向書込バス
SW(♯1)〜SW(♯4)および単方向読出バスSR
(♯1)〜SR(♯4)の配線数を300本にしかつそ
の動作周波数を200MHzにすると、データ転送パイ
プラインレジスタ群DTR(♯1)〜DTR(♯4)と
データ転送バッファ群DTB(♯1)〜DTB(♯4)
との間のバンド幅をデータ転送パイプラインレジスタ群
DTR(♯1)〜DTR(♯4)とスタティックメモリ
セルアレイ200との間のバンド幅と等しくすることが
できる。この場合、1つのメインバンク当りのバンド幅
は15Gバイト/秒(=300ビット×2(読出/書
込)×200MHz÷8(ビット/バイト))になる。
【0059】また、データ転送パイプラインレジスタ群
DTR(♯1)〜DTR(♯4)には多数の読出制御信
号φR,/φRおよび書込制御信号φW,/φWを供給
する必要があるが、本実施の形態1ではデータ転送パイ
プラインレジスタ群DTR(♯1)〜DTR(♯4)が
センスアンプ列103ではなくスタティックメモリセル
アレイ200に隣接するため、制御信号φR,/φR,
φW,/φWのための配線数の増大を抑えることができ
る。
【0060】次に、図1に示されたダイナミックメモリ
セルアレイ100の階層バンク構成について説明する。
【0061】図1に示された制御回路400は図6に示
されるようにバンクアドレス信号BAに応答してバンク
イネーブル信号RAE,RBE,CAE,CBEを生成
するバンク制御回路401を含む。このDRAMはさら
に、行デコーダ101(♯1A)を活性化するための行
Aバンクイネーブル信号RAEを受けるANDゲート7
00と、行デコーダ101(♯1B)を活性化するため
の行Bバンクイネーブル信号RBEを受けるANDゲー
ト701とを備える。ANDゲート700および701
はさらに、公知の行プリデコーダ(図示せず)からの行
デコード信号Xを受ける。
【0062】列デコーダ102(♯1)は、サブバンク
♯1A側の列選択線CSLを活性化するための列Aバン
クイネーブル信号CAEを受けるANDゲート102
0,1021と、サブバンク♯1B側の列選択線CSL
を活性化するための列Bバンクイネーブル信号CBEを
受けるANDゲート1021,1023とを含む。AN
Dゲート1020〜1023はさらに、公知の列プリデ
コーダ(図示せず)からの列デコード信号Yを受ける。
【0063】続いて、上述した階層バンク構成の動作を
図7に示されたタイミング図を参照して説明する。
【0064】サブバンク♯1Aを示すバンクアドレスB
Aに応答して行Aバンクイネーブル信号RAEが活性化
され、このとき与えられた行アドレス信号RAに応答し
て行デコーダ101(♯1A)はサブバンク♯1A内の
ワード線WLのうち1本を活性化する。
【0065】続いて、サブバンク♯1Bを示すバンクア
ドレス信号BAに応答して行Bバンクイネーブル信号R
BEが活性化されると、行デコーダ101(♯1B)は
そのとき与えられた行アドレス信号RAに応答してサブ
バンク♯1B内のワード線WLのうち1本を活性化す
る。
【0066】続いて、サブバンク♯1Aを示すバンクア
ドレス信号BAに応答して列Aバンクイネーブル信号C
AEが活性化されると、列デコーダ102(♯1)中の
ANDゲート1020,1021はそのとき与えられた
列アドレス信号CAに応答してサブバンク♯1A内の列
選択線CSLのうち1本を活性化する。これにより、サ
ブバンク♯1A内の選択された2つのビット線対BL,
/BLからローカル読出/書込線対LRW1,/LRW
1およびLRW2,/LRW2にデータ信号が転送され
る。
【0067】続いて、サブバンク♯1Bを示すバンクア
ドレス信号BAに応答して列Bバンクイネーブル信号C
BEが活性化されると、列デコーダ102(♯1)中の
ANDゲート1022,1023はそのとき与えられた
列アドレス信号CAに応答してサブバンク♯1B内の列
選択線CSLのうち1本を活性化する。これにより、サ
ブバンク♯1B内の選択された2つのビット線対BL,
/BLのデータ信号がローカル読出/書込線対LRW
1,/LRW1およびLRW2,/LRW2にそれぞれ
転送される。
【0068】続いて、サブバンク♯1Aを示すバンクア
ドレス信号BAおよびサブバンク♯1Bを示すバンクア
ドレス信号BAが上記と同様に順次与えられ、さらにバ
ンクアドレス信号BAに同期して列アドレス信号CAが
上記と同様に順次与えられると、上記と同様にサブバン
ク♯1A、♯1Bの順にデータ信号がローカル読出/書
込線対LRW1,/LRW1,LRW2,/LRW2に
転送される。
【0069】したがって、たとえば1つのメインバンク
♯1に着目すると、メインバンク♯1内のメモリセル6
00は行デコーダ101(♯1A),101(♯1B)
および列デコーダ102(♯1)によって単純に選択さ
れるように見えるが、実際にはサブバンク♯1A内のメ
モリセル600が行デコーダ101(♯1A)および列
デコーダ102(♯1)によって選択され、さらにサブ
バンク♯1B内のメモリセル600が行デコーダ101
(♯1B)および列デコーダ102(♯1)によって選
択されている。
【0070】このように実施の形態1ではバンクが階層
化されているため、見かけ上のバンク(メインバンク♯
1〜♯4)の数は図12に示された従来のものと同じで
あるが、実際上のバンク(サブバンク♯1A〜♯4A,
♯1B〜♯4B)の数は従来の2倍になる。このように
見かけ上のバンク数は増えていないため、シリコンペナ
ルティの増大が抑えられる。
【0071】[実施の形態2]図1に示された実施の形
態1ではデータ転送バッファ群DTB(♯1)〜DTB
(♯4)およびデータ転送パイプラインレジスタ群DT
R(♯1)〜DTR(♯4)が別々に配置されるが、図
8に示された実施の形態2ではそれらが一体化されたデ
ータ転送バッファ/パイプラインレジスタ群DTB/D
TR(♯1)〜DTB/DTR(♯4)が配置される。
したがって、データ転送バッファだけでなくデータ転送
パイプラインレジスタもまたセンスアンプ列に隣接す
る。すなわち、図2に示された実施の形態1ではデータ
転送バッファ104のみがセンスアンプ列103に隣接
するが、図9に示された実施の形態2ではデータ転送バ
ッファ/パイプラインレジスタ800がセンスアンプ列
103に隣接する。このデータ転送バッファ/パイプラ
インレジスタ800は、図10に示されるように、読出
バッファ1041,1042と、書込バッファ104
3,1044と、読出パイプラインレジスタ1051
と、書込パイプラインレジスタ1052とを含む。この
データ転送バッファ/パイプラインレジスタ800は図
3に示されたデータ転送バッファ104およびデータ転
送パイプラインレジスタ105が一体化されたにすぎな
いから、その動作は上述したデータ転送バッファ104
およびデータ転送パイプラインレジスタ105の動作と
同様である。
【0072】また、この実施の形態2では図9に示され
るようにSRAM書込線SW1,SW2およびSRAM
読出線SR1〜SR20がダイナミックメモリセルアレ
イ100上に形成される。
【0073】したがって、単方向書込バスSW(♯1)
および単方向読出バスSR(♯1)の配線数(40本)
は双方向読出/書込バスLRW(♯1)の配線数(80
本)の1/2倍であるが、単方向書込バスSW(♯1)
および単方向読出バスSR(♯1)の動作周波数は双方
向読出/書込バスLRW(♯1)の動作周波数の2倍で
ある。このように、単方向書込バスSW(♯1)および
単方向読出バスSR(♯1)の配線数(40本)は従来
の双方向読出/書込バスの配線数(40本)と同じであ
るにもかかわらず、データ信号の転送速度は2倍になり
かつ読出データ信号と書込データ信号とが同時に転送可
能であるから、動作速度は従来の4倍になる。
【0074】ここで、上記実施の形態1および2のよう
に階層化されたバンクを有するDRAMをフレームバッ
ファとして用いる場合について説明する。この場合、描
画用のページとCRTリフレッシュ用のページとの少な
くとも2つの異なるページをアクセスする必要がある。
【0075】上記実施の形態1および2によるDRAM
では8つの独立した行デコーダ101(♯1A)〜10
1(♯4A),101(♯1B)〜101(♯4B)が
8つのサブバンク♯1A〜♯4A,♯1B〜♯4Bに対
応して設けられるため、8つの異なる行、すなわちペー
ジがアクセス可能である。しかしながら、行デコーダ1
01(♯1A)は行デコーダ101(♯1B)と共通で
あり、行デコーダ101(♯2A)は行デコーダ101
(♯2B)と共通であり、行デコーダ101(♯3A)
は行デコーダ101(♯3B)と共通であり、行デコー
ダ101(♯4A)は行デコーダ102(♯4B)と共
通であるため、行デコーダ101(♯1A)〜101
(♯4A),101(♯1B)〜101(♯4B)は4
つのバンクを構成する。したがって、8つの異なるペー
ジがアクセス可能であれば、ローカル読出/書込線対は
2つのサブバンクに共通する。そのため、サブバンク♯
1A〜♯4A、またはサブバンク♯1B〜♯4Bにおい
ては何らの制限なくデータ転送が可能であるが、サブバ
ンク♯1Aおよび♯1B、サブバンク♯2Aおよび♯2
B、サブバンク♯3Aおよび♯3B、サブバンク♯4A
および♯4B間では、インターロックが生じる。
【0076】しかしながら、スクリーン上の画像を図1
1に示されるようにサブバンク♯1A〜♯4A,♯1B
〜♯4Bにマッピングすることにより、インターロック
を回避することができる。図6に示されたベクタ900
を描画するとき、♯1A、♯2A、♯4A、♯3A、♯
1Bの順にサブバンクがアクセスされるから、描画速度
は完全に独立した8バンク構成のものと同等である。こ
のようにインターロックが問題となるバンクが隣り合わ
ないように画像をマッピングすれば、バンクを階層化し
てもバンク間でインターロックが生じることはない。
【0077】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は上述した実施の形態に限定されるものでなく、
たとえば上述したザブアレイの数やバス幅などは単なる
例示に過ぎないなど、本発明はその趣旨を逸脱すること
なく種々の改良、修正、変形などを加えた態様で実施し
得るものである。
【0078】
【発明の効果】請求項1に係る半導体記憶装置によれ
ば、読出および書込レジスタとスタティックメモリセル
アレイとが第2の書込および読出線によって接続される
ため、バンド幅の拡張が可能である。
【0079】請求項2に係る半導体記憶装置によれば、
請求項1の効果に加えて、第2の書込および読出線の動
作周波数は第1の読出および書込線の動作周波数のN倍
であり、かつ第2の書込および読出線の数は第1の読出
および書込線の数の1/N倍であるため、第2の書込お
よび読出線の数を増大させることなくデータ転送速度
を、ひいてはバンド幅の向上が可能である。
【0080】請求項3に係る半導体記憶装置によれば、
請求項1または2の効果に加えて、読出および書込レジ
スタはスタティックメモリセルアレイに隣接するため、
読出および書込レジスタを制御するための信号線による
シリコンペナルティの増大が抑えられる。
【0081】請求項4に係る半導体記憶装置によれば、
請求項1または2の効果に加えて、読出および書込バッ
ファだけでなく読出および書込レジスタもまたセンスア
ンプ列に隣接するため、ダイナミックメモリセルアレイ
上に形成される第2の書込および読出線の数を少なくす
ることが可能である。
【0082】請求項5に係る半導体記憶装置によれば、
ダイナミックメモリセルアレイのバンクが階層化される
ため、メインバンク(見かけ上のバンク)の数を増やす
ことなく、サブバンク(実際上のバンク)の数を増やす
ことができ、その結果、シリコンペナルティの増大が抑
えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1によるエンベディドD
RAMの構成を示すブロック図である。
【図2】 図1に示された1つのメインバンクの構成を
示すレイアウト図である。
【図3】 図2に示された1つのサブアレイとそれに対
応するデータ転送バッファおよびデータ転送パイプライ
ンレジスタの構成を示す回路図である。
【図4】 図3に示された読出パイプラインレジスタの
動作を示すタイミング図である。
【図5】 図3に示された書込パイプラインレジスタの
動作を示すタイミング図である。
【図6】 図1に示された2つのサブバンクに分割され
た1つのメインバンクの構成を示す回路図である。
【図7】 図6に示された階層バンク構成の動作を示す
タイミング図である。
【図8】 本発明の実施の形態2によるエンベディドD
RAMの構成を示すブロック図である。
【図9】 図8に示された1つのメインバンクの構成を
示すレイアウト図である。
【図10】 図9に示された1つのサブアレイとそれに
対応するデータ転送バッファ/パイプラインレジスタの
構成を示す回路図である。
【図11】 図1および図2に示された階層バンク構成
を有するDRAMをフレームバッファとして用いる場合
の好ましいマッピング例を示す図である。
【図12】 従来のエンベディドDRAMの構成を示す
ブロック図である。
【符号の説明】
BL,/BL ビット線対、100 ダイナミックメモ
リセルアレイ、103センスアンプ列、LRW1,/L
RW1,LRW2,/LRW2 ローカル読出/書込線
対、1041,1042 読出バッファ、1043,1
044 書込バッファ、GBR1,GBR2 グローバ
ル読出線、GBW1,GBW2 グローバル書込線、1
051 読出パイプラインレジスタ、1052 書込パ
イプラインレジスタ、200 スタティックメモリセル
アレイ、SW1 SRAM書込線、SR1 SRAM読
出線、GBR(♯1)〜GBR(♯4) 単方向読出バ
ス、GBW(♯1)〜GBW(♯4) 単方向書込バ
ス、SW(♯1)〜SW(♯4) 単方向書込バス、S
R(♯1)〜SR(♯4) 単方向読出バス、♯1〜♯
4 メインバンク、♯1A〜♯4A,♯1B〜♯4B
サブバンク、101(♯1A)〜101(♯4A),1
01(♯1B)〜101(♯4B) 行デコーダ、10
2(♯1)〜102(♯4) 列デコーダ。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のビット線対を含むダイナミックメ
    モリセルアレイと、 前記複数のビット線対に接続されたセンスアンプ列と、 前記複数のビット線対に接続された複数の読出/書込線
    対と、 各々が前記読出/書込線対の1つに対応しかつその対応
    する1つの読出/書込線対に接続された複数の読出バッ
    ファと、 各々が前記読出/書込線対の1つに対応しかつその対応
    する1つの読出/書込線対に接続された複数の書込バッ
    ファと、 各々が前記読出バッファの1つに対応しかつその対応す
    る1つの読出バッファに接続された複数の第1の読出線
    と、 各々が前記書込バッファの1つに対応しかつその対応す
    る1つの書込バッファに接続された複数の第1の書込線
    と、 前記複数の第1の読出線に接続された読出レジスタと、 前記複数の第1の書込線に接続された書込レジスタと、 スタティックメモリセルアレイと、 前記読出レジスタと前記スタティックメモリセルアレイ
    との間に接続され、前記読出レジスタから前記スタティ
    ックメモリセルアレイにデータを転送するための第2の
    書込線と、 前記スタティックメモリセルアレイと前記書込レジスタ
    との間に接続され、前記スタティックメモリセルアレイ
    から前記書込レジスタにデータを転送するための第2の
    読出線とを備えた半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記第2の書込および読出線の動作周波
    数は前記第1の読出および書込線の数のN(Nは自然
    数)倍であり、前記第2の書込および読出線の数は前記
    第1の読出および書込線の数の1/N倍である、請求項
    1に記載の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 前記読出および書込バッファは前記セン
    スアンプ列に隣接し、前記読出および書込レジスタは前
    記スタティックメモリセルアレイに隣接し、前記第1の
    読出および書込線は前記ダイナミックメモリセルアレイ
    上に形成される、請求項1または2に記載の半導体記憶
    装置。
  4. 【請求項4】 前記読出および書込バッファならびに前
    記読出および書込レジスタは前記センスアンプ列に隣接
    し、前記第2の書込および読出線は前記ダイナミックメ
    モリセルアレイ上に形成される、請求項1または2に記
    載の半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 ダイナミックメモリセルアレイを備え、
    前記ダイナミックメモリセルアレイは複数のメインバン
    クに分割され、前記メインバンクの各々は複数のサブバ
    ンクに分割され、 各々が前記メインバンクの1つに対応しかつその対応す
    るメインバンクに接続された複数の第1のデコーダと、 各々が前記サブバンクの1つに対応しかつその対応する
    サブバンクに接続された複数の第2のデコーダとを備え
    た半導体記憶装置。
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