JPWO2003005368A1 - Semiconductor device and memory module - Google Patents

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Abstract

本発明の課題の一つは、高速なバーストアクセスを行なえるメモリを安価に実現することにある。このために、SRAM、DRAM、制御回路を一つのパッケージにモジュール化する。制御回路によってバーストアクセスの前部がSRAMへ、バーストアクセスの後部がDRAMへアクセスされるようアドレスを割り当てる。DRAMは2チップを同じアドレス空間にマッピングし、リフレッシュを交代で行うとリフレッシュが隠蔽され使い勝手が向上する。これにより、大容量DRAMを利用して高速なバーストアクセスが行なえるメモリが安価に実現される。DRAMへ外部からリフレッシュを行う必要の無い大容量メモリが実現される。更に、複数の半導体チップを一つの封止体に実装することによって小型化が図れる。One of the objects of the present invention is to realize a memory capable of performing high-speed burst access at a low cost. For this purpose, the SRAM, DRAM, and control circuit are modularized into one package. The control circuit assigns addresses so that the front part of the burst access is accessed to the SRAM and the rear part of the burst access is accessed to the DRAM. In DRAM, when two chips are mapped to the same address space and refresh is performed alternately, the refresh is hidden and the usability is improved. Thereby, a memory capable of performing high-speed burst access using a large-capacity DRAM is realized at low cost. A large-capacity memory that does not need to be refreshed externally to the DRAM is realized. Furthermore, it is possible to reduce the size by mounting a plurality of semiconductor chips on one sealing body.

Description

技術分野
この明細書で参照される文献のリストは以下の通りであり、文献の参照は文献番号をもってすることとする。[文献1]:特開平3−31946号公報、[文献2]:特開平8−194643号公報、[文献3]:特開平11−176152号公報、[文献4]:特開平10−11348号公報、[文献5]:特8−288453号公報。
[文献1]には、アクセス速度の高速なメモリ素子で構成したメモリバンクとアクセス速度の低速なメモリ素子で構成したメモリバンクを用いて、バースト転送の最初にアクセスされるメモリバンクに高速なメモリ素子を用いたメモリバンクを用いる方法について記載される。
[文献2]には、バースト転送時に転送順が速いデータを格納する高速メモリと転送順が遅いデータを格納する低速メモリを用いてバースト転送を高速化するメモリ制御方式について記載される。
[文献3]には、小容量で高速に動作するメモリバンクと大容量メモリバンクとを用いて初期データの読み出しを小容量メモリバンクから行う事によって、初期データ読み出しまでの待ち時間を低減するDRAMについて記載される。
[文献4]には、2つのDRAMブロックを有し、同じデータを2重化して記憶し、2つのDRAMブロック間でリフレッシュタイミングをずらし、外部からのアクセスとDRAMのリフレッシュの衝突を回避する技術が記載される。この制御はDRAMコントローラによって行われるが、このDRAMコントローラは2つのDRAMブロックに対して物理的に各々独立したアドレス信号や制御信号が発する。
[文献5]には、複数の半導体チップを1つの半導体パッケージ中に収納または封止するマルチチップ方式の半導体装置についいて記載される。複数の半導体チップとしてはマイクロプロセッサチップとメモリチップ(DRAM、SRAM、EEPROM)が例となると記載される。
本願発明者等は、本願に先立ってDRAMの高速化とネットワーク機器向けの高速SRAMの大容量化について検討を行った。パソコン等で一般に用いられているDRAMは記憶容量の大容量化が進んでおり、低コストで大容量のメモリシステムを実現するには好適なデバイスである。また、一度にまとまったデータをアクセスする場合にはバースト転送によって高いデータ転送レートが実現出来る。しかしながら、アクセスが開始されてから最初のデータ入出力までのいわゆるファーストアクセスには時間がかかり、高速なレスポンスが要求される用途にはあまり使用されてこなかった。
高速なレスポンスが必要とされる用途の代表的な例にネットワーク機器がある。パケット単位に区切られた多数のデータをレスポンス良く転送する為に、これまではファーストアクセスの高速なSRAMが使用されてきた。一方、近年のネットワーク機器の性能向上につれて、SRAMの大容量化が強く望まれてきた。しかし、高速なファーストアクセスを維持しながら記憶容量の大容量化を行う事は困難である。
そこで本願発明の目的の一つは、ファーストアクセスが高速で且つ記憶容量の大きなメモリの実現にある。
発明の開示
本発明の代表的な手段を例示すれば以下の通りである。スタティック・ランダム・アクセスメモリ(SRAM)と、2つのダイナミック・ランダムアクセス・メモリ(DRAM)と、アクセスコントローラを一つの封止体又は実装基板上に実装し、封止体又は実装基板に半導体チップとの配線を行うための電極と封止体又は実装基板と外部との接続を行うための電極を設ける。
アクセスコントローラはバースト転送を行なう場合にバーストの前半に読み出されるデータをSRAMから読み出し、後半に読み出されるデータをDRAMから読み出すようにメモリアクセスを制御する。
また、半導体装置外からDRAMのリフレッシュを隠蔽するために、アクセスコントローラにDRAMへのメモリアクセスを制御させる。前記アクセスコントローラによって第1の期間にメモリアクセスが行われた場合には第1のDRAMへアクセスを行い第2の期間にメモリアクセスが行われた場合には第2のDRAMへアクセスを行うとよい。
前記第1期間では、前記DRAMに対する読み出し/書き込みコマンドは前記第1のDRAMに対して実行し、前記第2のDRAMはリフレッシュを優先して実行する。また、前記第2期間において、前記DRAMに対する読み出し/書き込みコマンドは前記第2のDRAMに対して実行するとともに、前記第1のDRAMにはリフレッシュを優先して実行すると良い。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。実施例の各ブロックを構成する回路素子は、特に制限されないが、公知のCMOS(相補型MOSトランジスタ)等の集積回路技術によって、単結晶シリコンのような1個の半導体基板上に形成される。
<実施例1>
図1は本発明を適用した半導体集積回路装置の一例であるメモリモジュールの第一の実施例を示したものである。本メモリモジュールは2つのチップによって構成されている。以下に夫々のチップについて説明する。
まず、CHIP1(SRAM+CTL_LOGIC)にはスタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)と制御回路(CTL_LOGIC)が集積されている。制御回路はCHIP1に集積されたSRAMとCHIP2(DRAM1)の制御を行う。CHIP2(DRAM1)はダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)である。DRAMは内部構成やインターフェイスの違いからEDO、SDRAM、DDR等様々な種類がある。本実施例では最も代表的なクロックに同期したコマンドにより読出し/書込みを行うダイナミックランダムアクセスメモリであるSDRAMを例に説明する。
このメモリモジュールには外部からクロック(CLK)、アドレス(A0〜A20)とコマンド信号(/CS,/OE,/WE)が入力される。これらはいわゆる外部からのアクセス信号なので、外部アクセス信号と呼ぶことができる。電源はS−VCC,S−VSS,S−VCCQ,S−VSSQ,D1−VCC,D1−VSS,D1−VCCQ,D1−VSSQを通して供給され、データの入出力にはI/O0〜I/O15が用いられ、CHIP2(DRAM1)とCHIP1(SRAM+CTL_LOGIC)に共通して接続される。また、動作状況に応じてウェイト信号(WAIT)を出力する。
CHIP1はCHIP2の動作に必要となるアドレス(D1−A0〜D1−A11)、コマンド(D1−CKE,D1−/CS,D1−/WE,D1−/RAS,D1−/CAS,D1−DQMU/DQML)を供給する。このメモリモジュールと外部との入出力ノードにはDRAMインタフェース用の信号端子を直接見えなくしているところが特徴の一つである。
ここで各コマンド信号について簡単に説明する。CHIP1に入力される/CSはチップイネーブル信号、/OEはアウトプットイネーブル信号、/WEはライトイネーブル信号である。WAITはレスポンスが遅れる場合に出力されるウェイト信号である。本メモリモジュールはこれらのコマンド信号、アドレス線(A0〜A20)とデータ入出力線(I/O0〜I/O15)を用いてSRAMとDRAMへアクセスすることが出来る。本メモリモジュールへのアクセスはいわゆる同期式SRAMインターフェイス方式によって行われる。
SRAMへのアクセスとDRAMへのアクセスは入力されるアドレスの値によって区別される。入力されたアドレスの値によって制御回路(CTL_LOGIC)がアクセス先を判定する。SRAMへのアクセスとなるアドレスの範囲とDRAMへのアクセスとなるアドレスの範囲は制御回路(CTL_LOGIC)に設けられたレジスタ(REG)にあらかじめ値を設定しておくことによって決められる。
DRAMへアクセスする場合に必要なアドレス信号やコマンド信号類は制御回路(CTL_LOGIC)が生成してDRAMへ印加する。また、DRAMには電源投入後に初期化を行う必要があるが、DRAMの初期化に必要な信号生成やタイミング制御も制御回路(CTL_LOGIC)が行う。
DRAMのリフレッシュを行う場合には制御回路(CTL_LOGIC)が定期的にバンクアクティブコマンドを投入して行うことが出来る。一般にDRAMのリフレッシュ特性は高温時に悪化するが、制御回路(CTL_LOGIC)に温度計を設けて高温時にバンクアクティブコマンドの投入間隔を狭めることによってDRAMをより広い温度範囲で使用することが出来る。
連続したデータを一度のアクセスで扱ういわゆるバーストアクセスにおいて、アクセスを開始してから先頭のデータが出力されるまでの時間を短縮したい場合にはアクセスをSRAMの領域から開始すれば良い。すなわち、バーストアクセスの前半をSRAMに対して行い、バーストアクセスの後半をDRAMに対して行う様にアドレスを割り付けることによってバーストアクセスをSRAM領域からスタートさせてアクセスを開始してから先頭のデータが出力されるまでの時間を短縮する事が出来る。
外部から行われたアクセスがDRAMのリフレッシュタイミングと重なった場合や、バーストアクセスの開始がDRAMから行われた場合は本メモリモジュールのレスポンスが遅れてしまう。これらの場合にはメモリモジュールがウェイト信号を出力し、動作の遅れを外部に知らせることが出来る。
以上説明した実施例によれば、同期式SRAMインターフェイス方式を踏襲しながら安価な汎用DRAMを用いた大容量メモリモジュールが実現出来る。本発明によるメモリモジュールではモジュール内部で実行されるリフレッシュの間隔を温度によって変えることによってDRAMの使用温度範囲を広げることが可能となり、使用温度範囲の広い大容量メモリモジュールが実現できる。
また、バーストアクセスを行う場合にバーストアクセスの前半をSRAMが担当し、バーストアクセスの後半をDRAMが担当する事によって、ファーストアクセスの高速な大容量メモリモジュールを実現することが出来る。
本発明の別の目的はデータ保持電流の少ないメモリモジュールを実現することである。この目的のために、特に低温時にはモジュール内部で実行されるリフレッシュ間隔を伸ばす事によって、データ保持電流を削減することが出来る。
図2はCHIP1(SRAM+CTL_LOGIC)を示したものである。CHIP1(SRAM+CTL_LOGIC)はSRAMと制御回路(CTL_LOGIC)から構成されており、集積されるSRAMは従来から一般的に使用されている同期式SRAMである。制御回路(CTL_LOGIC)はCHIP1のSRAM以外の部分で、図2では破線に囲まれた領域として示されており、A_CONT、INT、TMP、RC、COM_GENによって構成される。以下で各回路ブロックの動作を説明する。
アクセスコントローラ(A_CONT)(またはメモリコントローラ)は内蔵するレジスタ(REG)に設定された値に従って外部より入力されたアドレスを変換し、アクセスを行うメモリを選択する。SRAMが選択された場合にはSRAMへアドレス(S−ADD)とコマンド信号(S−/CS,S−/WE,S−/OE)が送られ、SRAMへのアクセスが開始される。また、DRAMが選択された場合にはDRAM用のアドレス(D1−A0〜D1−A11)が生成され、コマンド信号(D1−CKE,D1−/CS,D1−/RAS,D1−/CAS,D1−/WE,D1−DQMU/DQML)と共にDRAMに送られてアクセスが開始される。この他、アクセスコントローラ(A_CONT)はDRAMとCHIP1(SRAM+CTL_LOGIC)全体動作の制御を行う。
初期化回路INTはDRAMへの電源供給開始時にDRAMの初期化を行う。温度計測モジュール(TMP)は温度を測定し、測定した温度に応じた信号をRCとA_CONTに出力する。RCはリフレッシュカウンタで、DRAMのリフレッシュ間隔にあわせてリフレッシュを行うアドレスを生成する。また、温度計測モジュール(TMP)の出力信号を参照して温度に応じてリフレッシュ間隔を変更する。コマンドジェネレータ(COM_GEN)はDRAMへのアクセスに必要なコマンドを生成する。
次に本メモリモジュールの動作を説明する。CHIP1(SRAM+CTL_LOGIC)へメモリアクセスを行うには従来から一般に使用されている同期式SRAMインターフェイスを使用する。クロックCLKに同期してアドレス信号(A0〜A20)とコマンド信号(S−/WE,S−/CS,S−/OE)が入力されるとメモリへのアクセスが開始される。外部から入力されたアドレス信号(A0〜A20)の値が変換され、アクセスされるメモリの種類が決定する。変換のパターンはあらかじめA_CONT内部のレジスタ(REG)に設定した値によって決められる。
SRAMへアクセスが行われる場合には変換後のアドレスがS−ADDに出力されSRAMへ送られると共に、SRAMへのコマンド信号(S−/CS,S−/WE,S−/OE)が出力されてSRAMへのアクセスが開始される。これ以降はいわゆる同期式SRAMへのアクセスが行われる。
DRAMへアクセスが行われる場合にも同様に変換後のアドレスがD1−A0〜D1−A11に出力される。また、コマンド信号(D1−CKE,D1−/CS,D1−/RAS,D1−/CAS,D1−/WE,D1−DQMU/DQML)も出力されてDRAMへのアクセスが開始される。
図3に本メモリモジュールのメモリマップの例を示す。この例ではSRAM領域、DRAM領域共に16Mbitの記憶容量が有り、メモリモジュール全体では32Mbitの記憶容量が実現されている。図3の縦方向はアドレスを、横方向はバースト長(BL:BURST LENGTH)を表しており、面積がメモリモジュールの記憶容量を表している。図中の桝目一つがI/O数と同一の2B(バイト)に相当する。
ここで、本メモリモジュールでバーストアクセスが実行された場合を説明する。アドレス000010(H)(Hは16進数を表している)を先頭としてバースト長8(BL=8)の読み出しが実行されるとする。まず最初はSRAM領域にある▲1▼(000010(H))からアクセスが開始され、順次、▲2▼(000011(H))、▲3▼(000012(H))と読み出されて最後は▲8▼(000017(H))でアクセスが終了する。2Bx8回の連続読み出しによって合計16Bが読み出される。このうち、▲1▼〜▲4▼の8BはSRAM領域から、▲5▼〜▲8▼の8BはDRAM領域から読み出しが行われる。
バーストアクセスの前半に行われた8Bの読み出しはSRAM領域から行われているので、アドレスが入力されてから最初のデータ出力までを短時間で実行できる。本メモリモジュールではこのようにアクセス時間の異なるメモリを組み合わせてメモリシステムを構成し、特にバーストアクセスの先頭になりそうなアドレスに高速なメモリを割り当てることによって、高速なバーストアクセスを実現するものである。
バーストアクセスがDRAM領城から始まった場合はアドレスが入力されてから最初のデータが出力されるまでに時間がかかる。このような場合にはウェイト信号が出力され、メモリモジュールは外部にデータ出力が遅れる事を知らせる事が出来る。
図4に本メモリモジュールからバースト読み出しを行った場合のタイミング波形を示す。CLK周波数は100MHzで、汎用SDRAMと高速SRAMを使用した例である。図示した例ではメモリモジュールに入力された2つのアドレスM0,M1に対してそれぞれ8回の連続したデータ(01〜08,11〜18)が読み出されている。このバースト読み出しではアドレス入力後、/OEがロウとなって読み出しが開始され、レイテンシ1で最初に読み出されたデータ(01,11)が出力される。この高速な読み出しはメモリにSRAMを使用する事によって実現される。
タイミング波形の下部に、モジュール内で使用されているSRAMとDRAM1へのアクセスの様子を示す。メモリモジュールへ入力されたアドレス(M0,M1)は変換されてSRAMとDRAMにそれぞれ入力される。変換後、SRAMへ入力されるアドレスはS0,S1である。一方、DRAMへ入力されるアドレスはR0,R1,C0,C1である。R0,R1はロウアドレス、C0,C1はカラムアドレスである。なお、同様にD1−ADDに表されているPはプリチャージコマンドの入力を示している。
バースト読み出しの前半ではアドレスS0、S1によってSRAMにアクセスされたデータ(01〜04,11〜14)が読み出され、バースト読み出しの後半ではアドレスR0,C0,R1,C1によってDRAM1にアクセスされたデータ(05〜08,15〜18)が読み出されている。SRAMから読み出されたデータとDRAMから読み出されたデータを組み合わせてレイテンシの小さいバーストアクセスが実現される。
図5には連続してライトアクセスを行った場合のタイミング波形を示した。図示した例ではメモリモジュールに入力された2つのアドレスM0,M1に対してそれぞれ8回づつ連続してデータ(01〜08,11〜18)の書きこみが行われている。このバースト書きこみではアドレス入力後、/WEがハイとなって書きこみが開始され、レイテンシ1で最初のデータ(01,11)が書きこまれている。
タイミング波形の下部に、モジュール内で使用されているSRAMとDRAM1へのアクセスの様子も示す。バースト書きこみの前半のデータ(01〜04,11〜14)はSRAMへ書きこまれ、バースト書きこみの後半のデータ(05〜08,15〜18)はDRAM1へ書きこまれている。DRAM1のアドレス(D1−ADD)にロウアドレス、カラムアドレスとプリチャージコマンドを入力するタイミングは読み出し時とは異なるが、読み出し時と同様にSRAMへの書き込みとDRAMへの書き込みを組み合わせてレイテンシの小さいバーストアクセスが実現される。
図6は書きこみと読み出しを続けて行った場合のタイミング波形である。DRAM1ではアドレスM0による8回の連続データ書きこみ終了後にプリチャージPが実行されるため、次のロウアドレスR1の入力が遅れてしまう。このため、本メモリモジュールではライトアクセスM0を実行した後、必要なサイクルを空けた後でリードアクセスM1が実行される。
図7は読み出しがDRAM領域から開始された場合のタイミング波形である。DRAMからデータを読み出した場合は最初のデータ出力まで時間がかかる為、モジュールにアドレスが入力されてから、先頭のデータが出力されるまでのレイテンシが5サイクルと大きくなっている。この例ではアドレス入力後、先頭のデータ出力開始迄の期間においてメモリモジュールからウェイト信号(WAIT)が出力されている。この信号によって外部のデバイスはデータ出力が遅れることを知ることが出来る。
また、ウェイト信号(WAIT)はメモリアクセスとDRAMのリフレッシュが競合して、レスポンスが遅れてしまう場合にも同じように出力され、レスポンスの遅れを外部に知らせることが出来る。
図8は本実施例における同期式SRAMの構成例を示したものである。XデコーダX−DEC,メモリアレイMA(SRAM),YゲートY−GATE,YデコーダY−DEC,入力データ制御回路D_CTL,制御回路CONTROL LOGICと各信号線の入出力バッファから構成されている。SRAMメモリアレイそれぞれ交差結合した2つのインバータを含むいわゆるSRAMメモリセルを含む。はSRAMは従来から用いられている同期式SRAMである。このSRAMによって本実施例であるメモリモジュールが構成出来る。
図9は本実施例におけるDRAMの構成例を示したものである。XアドレスバッファX−ADB,リフレッシュカウンタREF.COUNTER,XデコーダX−DEC,メモリアレイMA,YアドレスバッファY−ADB,YアドレスカウンタY−AD COUNTER,YデコーダY−DEC,センスアンプ回路&Yゲート(カラムスイッチ)SENS AMP.& I/O BUS,入力データバッファ回路INPUT BUFFER,出力データバッファ回路OUTPUT BUFFER,制御回路&タイミング発生回路CONTROL LOGIC & TGで構成されている。メモリアレイMAは複数のワード線と複数のデータ線の交点に設けられた複数のメモリセルを含む。メモリセルのそれぞれはキャパシタとMISFETが直列に接続されたいわゆる1T1C型のDRAMメモリセルである。DRAMは従来から用いられている汎用SDRAMである。即ち2個の独立動作可能なメモリバンクを含み、それらに対するアドレス入力端子及びデータ入出力端子は共通化されバンク毎に時分割で利用される。このDRAMによって本実施例であるメモリモジュールが構成出来る。
図10は本実施例におけるメモリモジュールの実装例を示したものである。図10(A)は上面図、図10(B)は断面図である。この例では本メモリモジュールはCHIP1,CHIP2,PCB,PATH1,PATH2,BONDING PAD,SOLDER BALL,COVERで構成されている。PCB基板上面に配置されたCHIP1,CHIP2はBONDING PADを介してそれぞれPATH1,PATH2によってPCB基板に接続される。PCB基板の下面にはSOLDER BALLが形成され、本メモリモジュールを使用する機器の配線基板に接続される。メモリモジュールの上面には樹脂モールドによるカバー(COVER)が形成され、メモリモジュールの機械的強度を確保する。金属製のカバー(COVER)を用いた場合には、電磁ノイズに対するシールド効果を得る事が出来る。本実装例によって、チップ間の配線長を短縮して配線負荷容量の少ないメモリモジュールの構成が可能となる。また、実装面積が低減される為、本メモリモジュールを使用する機器の小型化、軽量化が可能となる。
図11は図10で説明したメモリモジュールの実装例を変形した例である。図11(A)は上面図、図11(B)は断面図である。図10に示した実装例とはCHIP2をPCB基板に配置及び接続する方法が異なっている。この例ではCHIP2とPCB基板の配置及び接続にSOLDER BUMPが使用され、CHIP2がいわゆるフェイスダウンでPCB基板に配置及び接続されている。SOLDER BUMPの使用により、配線工程を簡略化できる他、配線による負荷容量を低減する事が出来る。この他は図10に示した実装例と同様である。
図12は図11で説明したメモリモジュールの実装例を変形した例である。図12(A)は上面図、図12(B)は断面図である。図11に示した実装例とはCHIP1をPCB基板に配置及び接続する方法が異なっている。この例ではCHIP1とPCB基板の配置及び接続にSOLDER BUMPが使用され、CHIP1がいわゆるフェイスダウンでPCB基板に配置及び接続されている。SOLDER BUMPの使用により、配線工程を簡略化できる他、配線による負荷容量を低減する事が出来る。この他は図11に示した実装例と同様である。
図13は本実施例におけるメモリモジュールの別の実装例を示したものである。図13(A)は上面図、図13(B)は断面図である。この例では本メモリモジュールはCHIP1,CHIP2,PCB,PATH3,BONDING PAD,SOLDER BUMP,SOLDER BALL,COVERで構成されている。PCB基板上面に配置されたCHIP1はフェイスダウンでPCB基板に接続されている。配置及び配線にはSOLDER BUMPが用いられている。CHIP2はCHIP1の上面に配置され、BONDING PADを介してPATH3によってPCB基板に接続される。PCB基板の下面にはSOLDER BALLが形成され、本メモリモジュールを使用する機器の配線基板に接続される。メモリモジュールの上面には樹脂モールドによるカバー(COVER)が形成され、メモリモジュールの機械的強度を確保する。金属製のカバー(COVER)を用いた場合には、電磁ノイズに対するシールド効果を得る事が出来る。本実装例によって、チップ間の配線長を短縮して配線負荷容量の少ないメモリモジュールの構成が可能となる。また、チップの積層によって実装面積が低減される為、本メモリモジュールを使用する機器の小型化、軽量化が可能となる。
図14は図13で説明したメモリモジュールの実装例を変形した例である。図14(A)は上面図、図14(B)は断面図である。図13に示した実装例とはCHIP1とCHIP2の配置位置が入れ替わっている。CHIP1よりもCHIP2の面積のほうが大きい場合にはこの例の方が実装を容易に行なう事が出来る。この他は図13に示した実装例と同様である。
以上説明した実施例によれば、高速なSRAMと大容量DRAMを用いてメモリモジュールを構成すれば、同期式SRAMインターフェイス方式を踏襲しながらファーストアクセスの高速な大容量バーストメモリモジュールを安価に実現することが出来る。
また、本発明によるメモリモジュールではモジュール内部で実行されるリフレッシュの間隔を温度によって変えることによってDRAMの使用温度範囲を広げることが可能となり、使用温度範囲の広い大容量メモリモジュールが実現できる。
本発明による制御回路(CTL_LOGIC)ではDRAMが使用されているがDRAMに必要なリフレッシュは制御回路(CTL_LOGIC)によって実行されるためSRAMと同様にリフレッシュを考慮せずに使用することが出来る。
本発明の別の目的はデータ保持電流の少ないメモリモジュールを実現することである。この目的のために、特に低温時にはモジュール内部で実行されるリフレッシュ間隔を伸ばす事によって、データ保持電流を削減することが出来る。
また、本メモリモジュールの実装方法によって、本メモリモジュールを使用する携帯機器においてデバイス実装面積の削減、及び軽量化が可能となる。
<実施例2>
図15は本発明を適用した半導体集積回路装置の一例であるメモリモジュールの第二の実施例を示したものである。第一の実施例との相違点の一つは2個のDRAMを使用して、DRAMのリフレッシュによる影響を外部から見えなくしている点にある。したがって、本メモリモジュールは3つのチップによって構成される。以下に夫々のチップについて説明する。
まず、CHIP4(SRAM+CTL_LOGIC)にはスタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)と制御回路(CTL_LOGIC)が集積されている。制御回路はCHIP4に集積されたSRAMとCHIP2(DRAM1)及びCHIP3(DRAM2)の制御を行う。CHIP2(DRAM1)及びCHIP3(DRAM2)はダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)である。DRAMは内部構成やインターフェイスの違いからEDO、SDRAM、DDR等様々な種類がある。本メモリモジュールにはいずれのDRAMでも用いることが出来るが、本実施例ではSDRAMを例に説明する。
このメモリモジュールには外部からクロック(CLK)、アドレス(A0〜A20)とコマンド信号(/CS,/OE,/WE)が入力される。電源はS−VCC,S−VSS,S−VCCQ,S−VSSQ,D1−VCC,D1−VSS,D1−VCCQ,DL−VSSQ,D2−VCC,D2−VSS,D2−VCCQ,D2−VSSQを通して供給される。データの入出力にはI/O0〜I/O15が用いられ、また、動作状況に応じてウェイト信号WAITが出力される。
CHIP4はCHIP2及びCHIP3の動作に必要なアドレス(D1−A0〜D1−A11,D2−A0〜D2−A11)、コマンド(D1−CKE,D2−CKE,D1−/CS,D2−/CS,D1−/WE,D2−/WE,D1−/RAS,D2−/RAS,D1−/CAS,D2−/CAS,D1−DQMU/DQML,D2−DQMU/DQML)を供給する。このメモリモジュールと外部との入出力ノードにはDRAMインタフェース用の信号端子を直接見えなくしているところが特徴の一つである。
ここで各コマンド信号について簡単に説明する。CHIP1に入力される/CSはチップイネーブル信号、/OEはアウトプットイネーブル信号、/WEはライトイネーブル信号である。WAITはレスポンスが遅れる場合に出力されるウェイト信号である。本メモリモジュールはこれらのコマンド信号、アドレス線(A0〜A20)とデータ入出力線(I/O〜I/O15)を用いてSRAMとDRAMへアクセスすることが出来る。本メモリモジュールへのアクセスはいわゆる同期式SRAMインターフェイス方式によって行われる。
SRAMへのアクセスとDRAMへのアクセスは入力されるアドレスの値によって区別される。入力されたアドレスの値によって制御回路(CTL_LOGIC)がアクセス先を判定する。SRAMへのアクセスとなるアドレスの範囲とDRAMへのアクセスとなるアドレスの範囲は制御回路(CTL_LOGIC)に設けられたレジスタ(REG)にあらかじめ値を設定しておくことによって決められる。
DRAMへアクセスする場合に必要なアドレス信号やコマンド信号類は制御回路(CTL_LOGIC)が生成してDRAMへ印加する。また、DRAMには電源投入後に初期化を行う必要があるが、DRAMの初期化に必要な信号生成やタイミング制御も制御回路(CTL_LOGIC)が行う。
DRAMのリフレッシュを行う場合には制御回路(CTL_LOGIC)が定期的にバンクアクティブコマンドを投入して行うことが出来る。一般にDRAMのリフレッシュ特性は高温時に悪化するが、制御回路(CTL_LOGIC)に温度計を設けて高温時にバンクアクティブコマンドの投入間隔を狭めることによってDRAMをより広い温度範囲で使用することが出来る。また、本メモリモジュールでは2個のDRAMを交互に使用する事によって、DRAMのリフレッシュを外部からは完全に隠蔽することが出来る。
連続したデータを一度のアクセスで扱ういわゆるバーストアクセスにおいて、ファーストアクセスを高速化したい場合にはバーストアクセスをSRAMの領域から開始すれば良い。すなわち、バーストアクセスの前半をSRAMに対して行い、バーストアクセスの後半をDRAMに対して行う様にアドレスを割り付けることによってバーストアクセスをSRAM領域からスタートさせてファーストアクセスを高速化する事が出来る。
バーストアクセスの開始がDRAMから行われた場合は本メモリモジュールのレスポンスが遅れてしまう。これらの場合にはメモリモジュールがウェイト信号を出力し、動作の遅れを外部に知らせることが出来る。
以上説明した実施例によれば、同期式SRAMインターフェイス方式を踏襲しながら安価な汎用DRAMを用いた大容量メモリモジュールが実現出来る。本発明によるメモリモジュールではモジュール内部で実行されるリフレッシュの間隔を温度によって変えることによってDRAMの使用温度範囲を広げることが可能となり、使用温度範囲の広い大容量メモリモジュールが実現できる。
また、2個のDRAMを交互に使用する事によって、DRAMのリフレッシュを外部からは完全に隠蔽することが出来る為、リフレッシュによるパフォーマンスの低下が無い同期式SRAM互換メモリモジュールを実現できる。
さらに、バーストアクセスを行う場合にバーストアクセスの前半をSRAMが担当し、バーストアクセスの後半をDRAMが担当する事によって、ファーストアクセスの高速な大容量メモリモジュールを実現することが出来る。
本発明の別の目的はデータ保持電流の少ないメモリモジュールを実現することである。この目的のために、特に低温時にはモジュール内部で実行されるリフレッシュ間隔を伸ばす事によって、データ保持電流を削減することが出来る。
図16はCHIP4(SRAM+CTL_LOGIC)を示したものである。CHIP4(SRAM+CTL_LOGIC)はSRAMと制御回路(CTL_LOGIC)から構成されており、集積されるSRAMは従来から一般的に使用されている同期式SRAMである。制御回路(CTL_LOGIC)はCHIP1のSRAM以外の部分で、図11では破線に囲まれた領域として示されており、A_CONT、INT、TMP、RC、COM_GEN,FIFO,R/W BUFFER,CACHEによって構成される。以下で各回路ブロックの動作を説明する。
アクセスコントローラ(A_CONT)は内蔵するレジスタ(REG)に設定された値に従って外部より入力されたアドレスを変換し、アクセスを行うメモリを選択する。SRAMが選択された場合にはSRAMへアドレス(S−ADD)とコマンド信号(S−/CS,S−/WE,S−/OE)が送られ、SRAMへのアクセスが開始される。また、DRAMが選択された場合にはDRAM用のアドレス(D1−A0〜D1−A11,D2−A0〜D2−A11)が生成され、コマンド信号(D1−CKE,D2−CKE,D1−/CS,D2−/CS,D1−/RAS,D2−/RAS,D1−/CAS,D2−/CAS,D1−/WE,D2−/WE,D1−DQMU/DQML,D2−DQMU/DQML)と共にDRAMに送られてアクセスが開始される。
また、アクセスコントローラによって、FIFO、CACHE、R/W BUFFERが制御されてDRAMのリフレッシュが外部から隠蔽される。この他、アクセスコントローラ(A_CONT)はCHIP4(SRAM+CTL_LOGIC)全体動作の制御を行う。
初期化回路INTはDRAMへの電源供給開始時にDRAMの初期化を行う。温度計測モジュール(TMP)は温度を測定し、測定した温度に応じた信号をRCとA_CONTに出力する。RCはリフレッシュカウンタで、DRAMのリフレッシュ間隔にあわせてリフレッシュを行うアドレスを生成する。また、温度計測モジュール(TMP)の出力信号によって温度に応じたリフレッシュ間隔の変更を行う。コマンドジェネレータ(COM_GEN)はDRAMへのアクセスに必要なコマンドを生成する。
次に本メモリモジュールの動作を説明する。CHIP4(SRAM+CTL_LOGIC)へメモリアクセスを行うには従来から一般に使用されている同期式SRAMインターフェイスを使用する。クロックCLKに同期してアドレス信号(A0〜A20)とコマンド信号(S−/WE,S−/CS,S−/OE)が入力されるとメモリへのアクセスが開始される。外部から入力されたアドレス信号(A0〜A20)の値が変換され、アクセスされるメモリの種類が決定する。変換のパターンはあらかじめA_CONT内部のレジスタ(REG)に設定した値によって決められる。
SRAMへアクセスが行われる場合には変換後のアドレスがS−ADDに出力されSRAMへ送られると共に、SRAMへのコマンド信号(S−/CS,S−/WE,S−/OE)が出力されてSRAMへのアクセスが開始される。これ以降はいわゆる同期式SRAMへのアクセスが行われる。
DRAMへアクセスが行われる場合にも同様に変換後のアドレスがD1−A0〜D1−A11又はD2−A0〜D2−A11に出力される。また、コマンド信号(D1−CKE,D2−CKE,D1−/CS,D2−/CS,D1−/RAS,D2−/RAS,D1−/CAS,D2−/CAS,DT−/WE,D2−/WE,D1−DQMU/DQML,D2−DQMU/DQML)も出力されてDRAMへのアクセスが開始される。2つのDRAMはアクセスを担当するWORK期間とリフレッシュを優先的に行うREF.期間を交互に繰り返して外部にはリフレッシュを隠蔽する。
まず、DRAMから読み出しを行う場合について説明する。A_CONTが受け取ったアドレスとコマンドからアクセスがDRAMに対して実行される事を判断し、COM_GENにDRAMへのコマンド発行を指示する。また、A_CONTは受け取ったアドレスをDRAMのロウアドレスとカラムアドレスに変換して、2つのDRAMのうちアクセスを担当しているWORK期間中のDRAMに出力する。コマンドとアドレスを受け取ったDRAMはデータを出力し、出力されたデータはR/W BUFFERを介してI/O0〜I/O15へ転送されてリードアクセスが終了する。
次に、DRAMへ書き込みを行う場合について説明する。A_CONTが受け取ったアドレスとコマンドからアクセスがDRAMへ実行される事を判断し、COM_GENにDRAMへのコマンド発行を指示する。また、A_CONTは受け取ったアドレスをDRAM用に変換して、2つのDRAMのうちアクセスを担当しているWORK期間中のDRAMへ出力する。書込まれるデータはI/O0〜I/O15から入力されR/W BUFFERに一旦保持された後、アクセスを担当しているDRAMに送られて書込みが行われる。また、書込まれるデータとそのアドレスは一旦FIFOにも保持され、もう一方のREF.期間中のDRAMにもリフレッシュが終了した後に書込まれる。
図17は本メモリモジュールのメモリマップの一例を示したものである。実施例1で既に説明したメモリマップとの違いはDRAM領域において2個のDRAM(CHIP3とCHIP4)が同一のアドレス空間にマッピングされて同一のデータを保持している点にある。それぞれのDRAMはアクセスを担当する期間(WORK期間)とリフレッシュを優先して実行する期間(REF.期間)を交互に繰り返す。ここに示した例ではDRAM1がWORK期間中である。外部からのメモリアクセスはWORK期間中のDRAMに対して実行され、REF.期間中のDRAMへはリフレッシュ終了後にライトデータの書き込みが行われる。
図18はDRAMのリフレッシュを隠蔽する為のアクセス制御方式の原理を示したものである。本発明におけるDRAMの動作はREF期間中のバンクへのアクセスに優先順位を付けて実行するという考え方で説明出来る。
図18(A)はアクセスの優先順位を模式的に表したものである。この図では、DRAM1がWORK期間中で、DRAM2がREF.期間中であることが表されている。また、一時的にアクセスを肩代わりするCACHE、書き込みデータを一時的に保管するFIFO、RCから発生したリフレッシュ要求が表されている。
WORK期間中のDRAM1では外部からのアクセス▲1▼だけが行われる。一方、REF期間中のDRAM2ではまずリフレッシュ▲2▼が最優先で行われる。次に、書き込みが行われた場合にはFIFOに保持されたデータの書込み▲3▼が実行される。これらの動作はアクセス制御回路(A_CONT)によって優先順位が判定されて実行される。
バースト長8回のアクセスが行われてこのうち半分の4回のアクセスがDRAMに対して実行されたとすると、外部アクセス▲1▼の実行には90nsが必要となるがリフレッシュ▲2▼は70ns、FIFOからの書き戻し▲3▼は80nsで実行される。本メモリモジュールではこの時間差を利用して外部からリフレッシュを隠蔽している。
図18(B)はリードアクセスが実行される様子を示したものである。DRAM1がWORK期間中にリードアクセスが連続して行われた場合を示した。一回のリードアクセスではバースト長4で合計8バイトのデータが読み出されるものとする。DRAM1では外部アクセス▲1▼だけが90nsで実行され、データが読み出されてアクセスは完了する。一方、DRAM2ではリフレッシュ▲2▼が70nsで実行されるだけである。
ライトアクセスが行われる場合を図18(C)に示した。一回のライトアクセスではバースト長4で合計8バイトのデータが書き込まれるものとする。外部からのライトアクセス▲1▼はまずWORK期間中であるDRAM1で実行される。同時に書き込みデータは一旦FIFOに保持される。REF期間中のDRAM2ではまずリフレッシュ▲2▼が最優先で行われる。次に、FIFOに保持されていたデータの書き込み▲3▼が実行される。
ここで、WORK期間中のDRAM1は一回の動作に90nsを要しているのに対してREF期間中のDRAM2では一回のリフレッシュ動作が70ns、FIFOからの書き込み動作が80nsで終了している。したがって、DRAM2がリフレッシュ動作を行っても、書き込み動作をDRAM1より高速に行うのでいずれFIFOにある全てのデータ書き込みを終了してDRAM1に追いつくことが出来る。
図19はDRAMへのアクセスが発生した場合の全体動作を説明するフローチャートである。STEP1ではアドレスが入力されて動作が開始する。STEP2ではコマンドからアクセスの種類が判定される。以降の動作はアクセスの種類によって異なる。アクセスが読み出しの場合はSTEP3に進む。STEP3ではWORK期間中のDRAMからデータが読み出されて動作が終了する。アクセスが書込みの場合はSTEP4に進む。STEP4ではWORK期間中のDRAMに書込みが行われる。一方STEP5では書込まれるデータとアドレスがFIFOに保持される。ここでREF期間中のSDRAMでリフレッシュが終了したらSTEP6に進みREF期間中のDRAMにFIFOに保持されていたデータの書込みを行う。
図20はREF期間中のDRAMの動作を説明するフローチャートである。SETP2、STEP3はリフレッシュの実行、STEP4、STEP5はライトバックの実行に関する部分である。STEP1でREF期間が開始され、次のSTEP2でまずリフレッシュ要求が有るかどうかが判定される。リフレッシュ要求が有ればSTEP3に進みリフレッシュが実行される。リフレッシュ回数は管理されており、決められた領域のリフレッシュが行われる。リフレッシュ要求が無かった場合とリフレッシュが終了した場合はSTEP4に進み、FIFOに蓄積されたデータが有るかどうか判定する。もしデータがあればSTEP5に進みDRAMにライトバックを行う。STEP5でFIFOに保持されたデータの書込みが終了した場合及び、STEP4でFIFOにデータが無かった場合はSTEP2に戻る。
図21にはDRAMのリフレッシュを隠蔽するため、2個のDRAMを時分割で動作させる様子を示した。図21(A)は通常使用温度範囲である75℃以下でのDRAMの動作例である。2個のDRAM(DRAM1とDRAM2)がWORK期間とREF.期間を交互に繰り返している。WORKと表示されたWORK期間中のDRAMが外部アクセスに対して動作する。最初のDRAM1がWORK期間となり外部からのアクセスに対応している。一方でREF.期間中のDRAMはリフレッシュ動作を優先して行い、外部アクセスが書き込みの場合にはりフレッシュ終了後にデータの書き込みを行う。
DRAMのメモリセルは通常64ms以内にリフレッシュを行う必要があるが、図示した例ではこの時間内に8回WORK期間とREF.期間を切り替えており、DRAM1とDRAM2がそれぞれ交互にWORK期間とREF.期間を4回ずつ繰り返している。
ここで、一回のREF.期間である8msの間に行われるリフレッシュに必要な時間をT1、同じくその間に行われるライトアクセスの結果FIFOに溜まったデータをライトバックするのに必要な時間をT2としてREF.期間中にリフレッシュとライトバックが行える事を説明する。
16MbitのSDRAMを例に取ると、そのメモリ構成は2048ロウx256カラムx16ビットx2バンクとなっており、64msの間に4096回(2048ロウx2バンク分)のリフレッシュを行えば良い。図21(A)の例では1個のDRAMに対して64msの間にREF.期間が4回有るので、一回のREF.期間(8ms)の間にその4分の1である1024回のリフレッシュを行えればよい。一回のリフレッシュに必要な時間は70nsなのでT1=70ns x 1024回=72usとなる。
一方で、8msの間に外部から行われるライトアクセスの最大値を求めると、毎回のアクセスがすべて4連続のバーストライトだったとして88889回(8ms/90ns)になる。これをREF.期間中のDRAMにライトバックする為に必要な時間T2は7.111ms(80ns x88889回)である。したがって、T1+T2=7.183ms<8msとなり、REF.期間中にリフレッシュとライトバックを十分実行できる事がわかる。
また、リフレッシュはREF期間中のDRAM内の複数のバンクで同時に実行することも出来る。この場合にはT1期間に実行するリフレッシュの回数を減らす事が出来るので、T1期間を短縮する事が出来る。T1期間が短縮されればFIFOの記憶容量を減らすことが出来るほか、外部からアクセスされる間隔をより短くして高速なメモリが実現できる。
図21(B)はDRAMのリフレッシュ間隔を変更した場合について示した。一般にDRAMのリフレッシュ特性は高温時に悪化する。従って例えば75℃以上の高温時にはリフレッシュ間隔を短くすればデータを保持が可能となり、より広い温度範囲で動作させることが可能である。この例では高温時にリフレッシュ間隔を48msに短縮している。T1は変わらないが、T2は5.33ms、残り時間Δは0.6msであり、REF.期間中にリフレッシュとライトバックを行うことが出来る。
一方、低温時にはリフレッシュ間隔を短縮してデータ保持電流を削減する事が出来る。図示した例では低温時にリフレッシュ間隔を倍の128nsに延長している。この場合はREF期間は16msとなる。T1は変わらないが、T2は14.22msとなり残り時間Δは1.71msになる。やはりT1期間においてリフレッシュを行ってもT2期間内に全て書き戻すことが出来る。
本実施例ではリフレッシュ隠蔽に関連するDRAMの動作単位をチップ毎として説明したが、メモリモジュールの性能やメモリチップの構成に応じてたとえばバンクを動作単位としても良い。また、リフレッシュ間隔である64msを8つの期間に分割してWORK期間とREF期間にしたが、さらに細かく分割すればデータとアドレスを保持するFIFOの記憶容量を少なくすることが出来る。逆に大きく分割すればWORK期間とREF期間の切り換え回数を減らせるため、切り換えに伴う制御回路が簡略化出来る。
図22はCACHEの働きを説明する図面である。図22(A)ではWORK期間とREF.期間の切り替わり直前に外部からライトアクセスが行われた場合について示した。ここではDRAM1のWORK期間終了間際に外部アクセスA(EXT_ACC_A)が行われている。このような場合にはDRAM1のWORK期間はライトアクセスの終了までdTだけ延長される。一方で、DRAM2は予定どおりWORK期間となり、ライトデータを書き込まずにライトアクセスの終了まで待機する。DRAM2に書き込まれなかったデータは一旦CACHEに保持される。WORK期間中にCACHEに保持されているのと同一のアドレスにアクセスが生じた場合はDRAM2ではなくCACHEに対して読み書きを行う。なお、アクセスが書き込みの場合はREF.期間中のDRAM1には通常どおりFIFOを経由して書き込みが行われる。CACHEに保持されたデータはDRAM2のWORK期間が終了した次のREF.期間に書き戻される。この書き戻しが終了すればCACHEの内容はクリアされる。
アクセスがリードの場合はアクセスの終了までDRAM1のWORK期間がdTだけ延長されるだけである。
図22(B)は一回のアクセスがWORK期間及びREF.期間よりも長く行われた場合や、延長期間dTではカバーし切れない場合について示した。DRAM1がWORK期間中に開始された外部アクセスB(EXT_ACC_B)は延長時間dTを超過してそのまま次のREF.期間中も継続してアクセスが続いている。この場合にはアクセスをCACHEに引き継ぎ、DRAM1はREF.期間に入る。DRAM2は予定どおりWORK期間に入り待機状態となる。リードアクセスの場合はデータがDRAM1からCACHEに引き継がれる。ライトアクセスの場合は継続していたアクセスが終了したら、CACHEに書き込まれたデータをDRAM1とDRAM2に書き戻す。書き戻しはそれぞれのDRAMがREF.期間に入ったときに行う。両方の書き戻しが終了すればCACHEの内容はクリアされる。このようにCACHEを使用してWORK期間とREF.期間にまたがるアクセスや、一回または複数回のWORK期間を超えるアクセスを処理することができる。
本メモリモジュールのタイミング波形について説明する。リードアクセスが連続する場合、ライトリードが連続した場合、ならびにバーストのスタートアドレスがDRAM領域に有った場合については既に第一の実施例において説明した図4、図6、図7に示したものとそれぞれ同一である。
ライトが連続した場合のタイミング波形を図23に示す。第一の実施例において示した連続ライト実行時の波形である図5と異なる点はアドレスA0に対するアクセスが終了した後、1サイクル後にアドレスA1に対するアクセスが開始される点である。この1サイクルの挿入によって、DRAMの動作に余裕が生じるためREF.期間中のDRAMにリフレッシュとライトバックを行うことが出来る。
図24は本実施例におけるメモリモジュールの実装例を示したものである。図24(A)は上面図、図24(B)は断面図である。この例では本メモリモジュールはCHIP2,CHIP3,CHIP4,PCB,PATH1,PATH2,BONDING PAD,SOLDER BALL,COVERで構成されている。PCB基板上面に配置されたCHIP2,CHIP3はBONDING PADを介してPATH2によってPCB基板に接続される。また、PCB基板上面に配置されたCHIP4はBONDING PADを介してPATH1及びPATH2によってPCB基板に接続される。PCB基板の下面にはSOLDER BALLが形成され、本メモリモジュールを使用する機器の配線基板に接続される。メモリモジュールの上面には樹脂モールドによるカバー(COVER)が形成され、メモリモジュールの機械的強度を確保する。金属製のカバー(COVER)を用いた場合には、電磁ノイズに対するシールド効果を得る事が出来る。本実装例によって、チップ間の配線長を短縮して配線負荷容量の少ないメモリモジュールの構成が可能となる。また、実装面積が低減される為、本メモリモジュールを使用する機器の小型化、軽量化が可能となる。
図25は図24で説明したメモリモジュールの実装例を変形した例である。図25(A)は上面図、図25(B)は断面図である。図24に示した実装例とはCHIP4とCHIP2及びCHIP3との接続方法が異なっている。この例ではCHIP4とCHIP2及びCHIP3と接続配線にPATH5が用いられている。チップ間を直接接続するPATH5により、配線工程を簡略化できる他、配線による負荷容量を低減する事が出来る。また、PCB基板上に配置するBONDING PADの数量を削減できる為、より少ない面積でメモリモジュールが実現できる。この他は図24に示した実装例と同様である。
図26は図24で説明したメモリモジュールの実装例を変形した例である。図26(A)は上面図、図26(B)は断面図である。図24に示した実装例とはCHIP2とCHIP3の配置及び接続方法が異なっている。この例ではPCB基板上面に配置されたCHIP2とCHIP3はフェイスダウンでPCB基板に接続されている。配置及び配線にはSOLDER BUMPが用いられている。SOLDER BUMPの使用により、配線工程を簡略化できる他、配線による負荷容量を低減する事が出来る。また、PCB基板上に配置するBONDING PADの数量を削減できる為、より少ない面積でメモリモジュールが実現できる。この他は図24に示した実装例と同様である。
図27は図26で説明したメモリモジュールの実装例を変形した例である。図27(A)は上面図、図27(B)は断面図である。図26に示した実装例とはCHIP4配置及び接続方法が異なっている。この例ではPCB基板上面に配置されたCHIP4がフェイスダウンでPCB基板に接続されている。配置及び配線にはSOLDER BUMPが用いられている。SOLDER BUMPの使用により、配線工程を簡略化できる他、配線による負荷容量を低減する事が出来る。また、PCB基板上に配置するBONDING PADの数量を削減できる為、より少ない面積でメモリモジュールが実現できる。この他は図26に示した実装例と同様である。
図28は本実施例におけるメモリモジュールの別の実装例を示したものである。図28(A)は上面図、図28(B)は断面図である。この例では本メモリモジュールはCHIP2,CHIP3,CHIP4,PCB,PATH6,PATH7,BONDING PAD,SOLDER BALL,COVERで構成されている。PCB基板上面に配置されたCHIP2,CHIP3はBONDING PADを介してPATH6によって直接CHIP4に接続される。また、CHIP4はCHIP2及びCHIP3の上面に配置され、CHIP4はBONDING PADを介してPATH6によってPCB基板に接続される。PCB基板の下面にはSOLDER BALLが形成され、本メモリモジュールを使用する機器の配線基板に接続される。メモリモジュールの上面には樹脂モールドによるカバー(COVER)が形成され、メモリモジュールの機械的強度を確保する。金属製のカバー(COVER)を用いた場合には、電磁ノイズに対するシールド効果を得る事が出来る。本実装例によって、チップ間の配線長を短縮して配線負荷容量の少ないメモリモジュールの構成が可能となる。また、チップの積層によって実装面積が低減される為、本メモリモジュールを使用する機器の小型化、軽量化が可能となる。
図29は図28で説明したメモリモジュールの実装例を変形した例である。図29(A)は上面図、図29(B)は断面図である。図28に示した実装例とはCHIP2及びCHIP3とCHIP4との配置位置が入れ替わっている。CHIP2,CHIP3よりもCHIP4の面積のほうが大きい場合にはこの例の方が実装を容易に行なう事が出来る。CHIP2及びCHIP3とCHIP4とはPATH8によって直接接続され、CHIP4はPATH9によってPCB基板と接続される。この他は図28に示した実装例と同様である。
以上のメモリモジュールの実施形態としては、いわゆるBGA型のパッケージを例に取ったがDRAMメモリモジュールで用いられるDIMM(Dual In line Memory Module)のようにガラスエポキシ配線基板の上に各チップを半田付けにより搭載した形態も可能である。この場合は形状は標準的な大きさであるが、通常の実装技術を利用するため比較的安価に作成できるという利点が
以上説明した実施例によれば、既に第一の実施例で説明した点に加えて次の効果が期待できる。すなわち本発明によるメモリモジュールでは、DRAMにおけるデータ保持の二重化とリフレッシュを行うタイミングを調整することによりDRAMのリフレッシュをメモリモジュール外部から隠蔽することが出来るため、SRAMとの完全な互換性を確保することが出来る。
また、この結果従来からSRAMが使用されているシステムに何ら変更を加える事無く低コストで高速な大容量メモリモジュールを用いることが出来る。
以上説明したように本発明の実施例によって得られる主な効果は以下の通りである。第一に高速メモリと大容量メモリを組み合わせて使用する事によって、バーストアクセスの高速な大容量メモリが実現される。第二にDRAMへのアクセスをコントローラで制御することによって外部からリフレッシュを行う必要の無い大容量メモリが実現される。第三に複数の半導体チップを一つの封止体に実装することによって実装面積の小さなメモリモジュールを提供できる。
産業上の利用可能性
この発明は、情報機器(携帯電話等)で用いられるSRAMとDRAMを含む複合型メモリ半導体装置に利用して好適である。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明を適用したメモリモジュールの構成図である。
図2は、図1のCHIP2の一例を示すブロック図である。
図3は、本発明を適用したメモリモジュールのアドレスマップの一例を示す説明図である。
図4は、本発明を適用したメモリモジュールの動作波形の一例を示す説明図である。
図5は、本発明を適用したメモリモジュールの動作波形の一例を示す説明図である。
図6は、本発明を適用したメモリモジュールの動作波形の一例を示す説明図である。
図7は、本発明を適用したメモリモジュールの動作波形の一例を示す説明図である。
図8は、SRAMの一構成例を示すブロック図である。
図9は、DRAMの一構成例を示すブロック図である。
図10は、本発明によるメモリモジュールの実装形態の一例である。
図11は、本発明によるメモリモジュールの実装形態の一例である。
図12は、本発明によるメモリモジュールの実装形態の一例である。
図13は、本発明によるメモリモジュールの実装形態の一例である。
図14は、本発明によるメモリモジュールの実装形態の一例である。
図15は、本発明を適用したメモリモジュールの構成図である。
図16は、図15におけるCHIP4の一構成例を示すブロック図である。
図17は、本発明を適用したメモリモジュールのアドレスマップの一例を示す説明図である。
図18は、DRAMへのアクセスとリフレッシュを両立して行う様子を説明する説明図である。
図19は、DRAMへアクセスを行った場合の処理の流れを示すフローチャートである。
図20は、REF期間中のDRAMにおける動作の流れを示すフローチャートである。
図21は、DRAMのリフレッシュ方式の一例を示す説明図である。
図22は、WORK期間、REF.期間の切り替え時にアクセスを引き継ぐ方法を示す説明図である。
図23は、本発明を適用したメモリモジュールの動作波形の一例を示す説明図である。
図24は、本発明によるメモリモジュールの実装形態の一例である。
図25は、本発明によるメモリモジュールの実装形態の一例である。
図26は、本発明によるメモリモジュールの実装形態の一例である。
図27は、本発明によるメモリモジュールの実装形態の一例である。
図28は、本発明によるメモリモジュールの実装形態の一例である。
図29は、本発明によるメモリモジュールの実装形態の一例である。
Technical field
The list of documents referred to in this specification is as follows, and the documents are referred to by document numbers. [Document 1]: JP-A-3-31946, [Document 2]: JP-A-8-194463, [Document 3]: JP-A-11-176152, [Document 4]: JP-A-10-11348 Publication, [Document 5]: Japanese Patent Publication No. 8-288453.
In [Document 1], a memory bank constituted by a memory element having a high access speed and a memory bank constituted by a memory element having a low access speed are used, and the memory bank accessed at the beginning of the burst transfer has a high speed memory. A method of using a memory bank using elements is described.
[Document 2] describes a memory control system that speeds up burst transfer using a high-speed memory that stores data with a fast transfer order during burst transfer and a low-speed memory that stores data with a slow transfer order.
[Document 3] describes a DRAM that reduces the waiting time until the initial data is read by reading the initial data from the small-capacity memory bank using a small-capacity memory bank and a large-capacity memory bank. Is described.
[Document 4] has two DRAM blocks, stores the same data in duplicate, shifts the refresh timing between the two DRAM blocks, and avoids collision between external access and DRAM refresh Is described. This control is performed by a DRAM controller, and this DRAM controller generates physically independent address signals and control signals for two DRAM blocks.
[Document 5] describes a multi-chip semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are housed or sealed in one semiconductor package. As the plurality of semiconductor chips, a microprocessor chip and a memory chip (DRAM, SRAM, EEPROM) are described as examples.
Prior to the present application, the inventors of the present application examined speeding up of a DRAM and an increase in capacity of a high speed SRAM for a network device. A DRAM generally used in personal computers or the like has a large storage capacity, and is a suitable device for realizing a large-capacity memory system at a low cost. Also, when accessing a group of data at once, a high data transfer rate can be realized by burst transfer. However, so-called first access from the start of access to the first data input / output takes time, and it has not been used so much for applications that require a high-speed response.
A typical example of an application that requires a high-speed response is a network device. Up to now, fast access high-speed SRAMs have been used to transfer a large amount of data divided in packet units with good response. On the other hand, as the performance of network devices has improved in recent years, it has been strongly desired to increase the capacity of SRAM. However, it is difficult to increase the storage capacity while maintaining high-speed first access.
Accordingly, one of the objects of the present invention is to realize a memory having a fast first access and a large storage capacity.
Disclosure of the invention
Examples of typical means of the present invention are as follows. A static random access memory (SRAM), two dynamic random access memories (DRAM), and an access controller are mounted on one sealing body or mounting substrate, and a semiconductor chip is mounted on the sealing body or mounting substrate. An electrode for performing the wiring and an electrode for connecting the sealing body or the mounting substrate to the outside are provided.
When performing burst transfer, the access controller controls memory access so that data read in the first half of the burst is read from the SRAM and data read in the second half is read from the DRAM.
Further, in order to conceal the refresh of the DRAM from outside the semiconductor device, the access controller controls the memory access to the DRAM. When the memory access is performed by the access controller during the first period, the first DRAM is accessed, and when the memory access is performed during the second period, the second DRAM is accessed. .
In the first period, a read / write command for the DRAM is executed for the first DRAM, and the second DRAM is executed with priority on refresh. In the second period, a read / write command for the DRAM may be executed for the second DRAM, and refresh may be preferentially executed for the first DRAM.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The circuit elements constituting each block of the embodiment are not particularly limited, but are formed on a single semiconductor substrate such as single crystal silicon by a known integrated circuit technology such as CMOS (complementary MOS transistor).
<Example 1>
FIG. 1 shows a first embodiment of a memory module as an example of a semiconductor integrated circuit device to which the present invention is applied. This memory module is composed of two chips. Each chip will be described below.
First, a static random access memory (SRAM) and a control circuit (CTL_LOGIC) are integrated in CHIP1 (SRAM + CTL_LOGIC). The control circuit controls the SRAM and CHIP2 (DRAM1) integrated in CHIP1. CHIP2 (DRAM1) is a dynamic random access memory (DRAM). There are various types of DRAM such as EDO, SDRAM, and DDR because of differences in internal configuration and interface. In this embodiment, an SDRAM is described as an example of a dynamic random access memory that performs reading / writing by a command synchronized with the most typical clock.
A clock (CLK), addresses (A0 to A20), and command signals (/ CS, / OE, / WE) are input to the memory module from the outside. Since these are so-called external access signals, they can be called external access signals. Power is supplied through S-VCC, S-VSS, S-VCCQ, S-VSSQ, D1-VCC, D1-VSS, D1-VCCQ, D1-VSSQ, and I / O0 to I / O15 for data input / output. Are used and are commonly connected to CHIP2 (DRAM1) and CHIP1 (SRAM + CTL_LOGIC). In addition, a wait signal (WAIT) is output according to the operation status.
CHIP1 is an address (D1-A0 to D1-A11) and commands (D1-CKE, D1- / CS, D1- / WE, D1- / RAS, D1- / CAS, D1-DQMU /) required for the operation of CHIP2. DQML). One of the features is that signal terminals for DRAM interface are not directly visible at the input / output nodes between the memory module and the outside.
Here, each command signal will be briefly described. / CS input to CHIP1 is a chip enable signal, / OE is an output enable signal, and / WE is a write enable signal. WAIT is a wait signal output when the response is delayed. The memory module can access the SRAM and DRAM using these command signals, address lines (A0 to A20) and data input / output lines (I / O0 to I / O15). Access to this memory module is performed by a so-called synchronous SRAM interface method.
Access to the SRAM and access to the DRAM are distinguished by the value of the input address. The control circuit (CTL_LOGIC) determines the access destination based on the input address value. The range of addresses for accessing the SRAM and the range of addresses for accessing the DRAM are determined by setting values in advance in a register (REG) provided in the control circuit (CTL_LOGIC).
Address signals and command signals necessary for accessing the DRAM are generated by the control circuit (CTL_LOGIC) and applied to the DRAM. The DRAM needs to be initialized after turning on the power, but the control circuit (CTL_LOGIC) also performs signal generation and timing control necessary for initialization of the DRAM.
When refreshing the DRAM, the control circuit (CTL_LOGIC) can periodically perform a bank active command. In general, the refresh characteristic of DRAM deteriorates at high temperatures, but a DRAM can be used in a wider temperature range by providing a thermometer in the control circuit (CTL_LOGIC) and narrowing the interval between bank active commands at high temperatures.
In so-called burst access in which continuous data is handled by one access, if it is desired to shorten the time from the start of access until the head data is output, the access may be started from the SRAM area. That is, by assigning addresses so that the first half of burst access is performed on the SRAM and the second half of burst access is performed on the DRAM, burst access is started from the SRAM area, and the first data is output after the access is started. The time until it is done can be shortened.
When the access made from the outside overlaps with the refresh timing of the DRAM, or when the burst access is started from the DRAM, the response of the memory module is delayed. In these cases, the memory module can output a wait signal to notify the operation delay to the outside.
According to the embodiment described above, a large-capacity memory module using an inexpensive general-purpose DRAM can be realized while following the synchronous SRAM interface system. In the memory module according to the present invention, it is possible to widen the use temperature range of the DRAM by changing the refresh interval executed in the module according to the temperature, and a large capacity memory module having a wide use temperature range can be realized.
In addition, when performing burst access, the SRAM takes charge of the first half of the burst access and the DRAM takes charge of the second half of the burst access, thereby realizing a high-speed, large-capacity memory module for first access.
Another object of the present invention is to realize a memory module with a small data holding current. For this purpose, the data holding current can be reduced by extending the refresh interval executed inside the module, particularly at low temperatures.
FIG. 2 shows CHIP1 (SRAM + CTL_LOGIC). CHIP1 (SRAM + CTL_LOGIC) is composed of an SRAM and a control circuit (CTL_LOGIC), and the integrated SRAM is a synchronous SRAM that has been generally used. The control circuit (CTL_LOGIC) is a portion other than the SRAM of CHIP1, and is shown as an area surrounded by a broken line in FIG. 2, and is configured by A_CONT, INT, TMP, RC, and COM_GEN. The operation of each circuit block will be described below.
The access controller (A_CONT) (or memory controller) converts an address input from the outside according to a value set in a built-in register (REG), and selects a memory to be accessed. When the SRAM is selected, an address (S-ADD) and a command signal (S- / CS, S- / WE, S- / OE) are sent to the SRAM, and access to the SRAM is started. When DRAM is selected, DRAM addresses (D1-A0 to D1-A11) are generated and command signals (D1-CKE, D1- / CS, D1- / RAS, D1- / CAS, D1). -/ WE, D1-DQMU / DQML) are sent to the DRAM and access is started. In addition, the access controller (A_CONT) controls the overall operation of the DRAM and CHIP1 (SRAM + CTL_LOGIC).
The initialization circuit INT initializes the DRAM when power supply to the DRAM is started. The temperature measurement module (TMP) measures the temperature and outputs a signal corresponding to the measured temperature to RC and A_CONT. RC is a refresh counter that generates an address to be refreshed in accordance with the refresh interval of the DRAM. Further, the refresh interval is changed according to the temperature with reference to the output signal of the temperature measurement module (TMP). The command generator (COM_GEN) generates a command necessary for accessing the DRAM.
Next, the operation of this memory module will be described. In order to perform memory access to CHIP1 (SRAM + CTL_LOGIC), a conventional synchronous SRAM interface is used. When an address signal (A0 to A20) and a command signal (S- / WE, S- / CS, S- / OE) are input in synchronization with the clock CLK, access to the memory is started. The value of the address signal (A0 to A20) input from the outside is converted, and the type of memory to be accessed is determined. The conversion pattern is determined by a value set in advance in a register (REG) in A_CONT.
When the SRAM is accessed, the converted address is output to the S-ADD and sent to the SRAM, and command signals (S- / CS, S- / WE, S- / OE) to the SRAM are output. Thus, access to the SRAM is started. Thereafter, so-called synchronous SRAM is accessed.
Similarly, when the DRAM is accessed, the converted address is output to D1-A0 to D1-A11. Further, command signals (D1-CKE, D1- / CS, D1- / RAS, D1- / CAS, D1- / WE, D1-DQMU / DQML) are also output, and access to the DRAM is started.
FIG. 3 shows an example of a memory map of this memory module. In this example, both the SRAM area and the DRAM area have a storage capacity of 16 Mbit, and the entire memory module realizes a storage capacity of 32 Mbit. In FIG. 3, the vertical direction represents an address, the horizontal direction represents a burst length (BL: BURST LENGTH), and the area represents the storage capacity of the memory module. One square in the figure corresponds to 2B (bytes) which is the same as the number of I / Os.
Here, a case where burst access is executed in this memory module will be described. It is assumed that reading with a burst length of 8 (BL = 8) is executed starting at address 000010 (H) (H represents a hexadecimal number). First, access is started from (1) (000010 (H)) in the SRAM area, and sequentially read (2) (0000011 (H)) and (3) (0000012 (H)). Access is terminated at {circle around (8)} (000017 (H)). A total of 16B is read out by 2B × 8 continuous readings. Of these, 8B from (1) to (4) is read from the SRAM area, and 8B from (5) to (8) is read from the DRAM area.
Since the 8B read performed in the first half of the burst access is performed from the SRAM area, it is possible to execute from the address input to the first data output in a short time. In this memory module, a memory system is configured by combining memories having different access times as described above, and high-speed burst access is realized by assigning high-speed memory to an address that is likely to be the head of burst access. .
When burst access starts from the DRAM area, it takes time until the first data is output after the address is input. In such a case, a wait signal is output, and the memory module can notify the outside that data output is delayed.
FIG. 4 shows timing waveforms when burst reading is performed from the memory module. The CLK frequency is 100 MHz, which is an example using a general-purpose SDRAM and a high-speed SRAM. In the illustrated example, eight consecutive data (01 to 08, 11 to 18) are read from two addresses M0 and M1 input to the memory module. In this burst read, after the address is input, / OE becomes low and the read is started, and the data (01, 11) read first with latency 1 is output. This high-speed reading is realized by using an SRAM as a memory.
The state of access to the SRAM and DRAM 1 used in the module is shown at the bottom of the timing waveform. The addresses (M0, M1) input to the memory module are converted and input to the SRAM and DRAM, respectively. After conversion, the addresses input to the SRAM are S0 and S1. On the other hand, the addresses input to the DRAM are R0, R1, C0, and C1. R0 and R1 are row addresses, and C0 and C1 are column addresses. Similarly, P shown in D1-ADD indicates the input of a precharge command.
In the first half of the burst read, the data (01-04, 11-14) accessed by the SRAM by the addresses S0, S1 is read, and in the second half of the burst read, the data accessed by the DRAM 1 by the addresses R0, C0, R1, C1. (05-08, 15-18) are read out. Burst access with low latency is realized by combining data read from the SRAM and data read from the DRAM.
FIG. 5 shows a timing waveform when the write access is continuously performed. In the illustrated example, data (01 to 08, 11 to 18) is continuously written to the two addresses M0 and M1 input to the memory module 8 times each. In this burst write, after the address is input, / WE becomes high and the write is started, and the first data (01, 11) is written with the latency 1.
The state of access to the SRAM and DRAM 1 used in the module is also shown below the timing waveform. The first half data (01 to 04, 11 to 14) of the burst write is written to the SRAM, and the second half data (05 to 08 and 15 to 18) of the burst write is written to the DRAM 1. The timing of inputting a row address, a column address, and a precharge command to the address (D1-ADD) of the DRAM 1 is different from that at the time of reading, but the latency is small by combining writing to the SRAM and writing to the DRAM as in reading. Burst access is realized.
FIG. 6 is a timing waveform when writing and reading are continuously performed. In DRAM 1, precharge P is executed after completion of eight consecutive data writes by address M 0, and therefore the input of the next row address R 1 is delayed. For this reason, in this memory module, after executing the write access M0, the read access M1 is executed after a necessary cycle is left.
FIG. 7 shows a timing waveform when reading is started from the DRAM area. When data is read from the DRAM, it takes time until the first data is output, so the latency from the input of the address to the output of the first data is as large as 5 cycles. In this example, a wait signal (WAIT) is output from the memory module during the period from the address input to the start of the first data output. This signal allows an external device to know that the data output is delayed.
Also, the wait signal (WAIT) is output in the same manner when the memory access and the DRAM refresh conflict and the response is delayed, and the response delay can be notified to the outside.
FIG. 8 shows a configuration example of the synchronous SRAM in the present embodiment. An X decoder X-DEC, a memory array MA (SRAM), a Y gate Y-GATE, a Y decoder Y-DEC, an input data control circuit D_CTL, a control circuit CONTROL LOGIC, and an input / output buffer for each signal line. The SRAM memory array includes so-called SRAM memory cells each including two inverters cross-coupled. The SRAM is a synchronous SRAM conventionally used. The memory module according to this embodiment can be configured by this SRAM.
FIG. 9 shows a configuration example of the DRAM in the present embodiment. X address buffer X-ADB, refresh counter REF. COUNTER, X decoder X-DEC, memory array MA, Y address buffer Y-ADB, Y address counter Y-AD COUNTER, Y decoder Y-DEC, sense amplifier circuit & Y gate (column switch) SENS AMP. & I / O BUS, input data buffer circuit INPUT BUFFER, output data buffer circuit OUTPUT BUFFER, control circuit & timing generation circuit CONTROL LOGIC & TG. Memory array MA includes a plurality of memory cells provided at intersections of a plurality of word lines and a plurality of data lines. Each of the memory cells is a so-called 1T1C type DRAM memory cell in which a capacitor and a MISFET are connected in series. The DRAM is a conventional general-purpose SDRAM. That is, it includes two independently operable memory banks, and the address input terminal and data input / output terminal for them are shared and used in a time-sharing manner for each bank. This DRAM can constitute the memory module of this embodiment.
FIG. 10 shows an example of mounting the memory module in this embodiment. 10A is a top view and FIG. 10B is a cross-sectional view. In this example, the memory module is composed of CHIP1, CHIP2, PCB, PATH1, PATH2, BONDING PAD, SOLDER BALL, and COVER. CHIP1 and CHIP2 arranged on the upper surface of the PCB substrate are connected to the PCB substrate by PATH1 and PATH2 through the BONDING PAD, respectively. A SOLDER BALL is formed on the lower surface of the PCB substrate, and is connected to a wiring substrate of a device using the memory module. A cover (COVER) made of a resin mold is formed on the upper surface of the memory module to ensure the mechanical strength of the memory module. When a metal cover (COVER) is used, a shielding effect against electromagnetic noise can be obtained. According to this mounting example, it is possible to reduce the wiring length between chips and to configure a memory module with a small wiring load capacity. In addition, since the mounting area is reduced, it is possible to reduce the size and weight of the device using the memory module.
FIG. 11 shows a modified example of the memory module described with reference to FIG. 11A is a top view and FIG. 11B is a cross-sectional view. 10 differs from the mounting example shown in FIG. 10 in the method of arranging and connecting the CHIP2 to the PCB substrate. In this example, SOLDER BUMP is used for the arrangement and connection of the CHIP2 and the PCB board, and the CHIP2 is arranged and connected to the PCB board in a so-called face-down manner. By using SOLDER BUMP, the wiring process can be simplified and the load capacity due to the wiring can be reduced. The rest is the same as the mounting example shown in FIG.
FIG. 12 shows a modified example of the memory module described in FIG. 12A is a top view and FIG. 12B is a cross-sectional view. The method of disposing and connecting CHIP1 to the PCB board is different from the mounting example shown in FIG. In this example, SOLDER BUMP is used for the arrangement and connection of the CHIP1 and the PCB board, and the CHIP1 is arranged and connected to the PCB board in a so-called face-down manner. By using SOLDER BUMP, the wiring process can be simplified and the load capacity due to the wiring can be reduced. The rest is the same as the mounting example shown in FIG.
FIG. 13 shows another example of mounting the memory module in this embodiment. 13A is a top view and FIG. 13B is a cross-sectional view. In this example, the memory module is composed of CHIP1, CHIP2, PCB, PATH3, BONDING PAD, SOLDER BUMP, SOLDER BALL, and COVER. The CHIP 1 disposed on the upper surface of the PCB substrate is connected face-down to the PCB substrate. SOLDER BUMP is used for arrangement and wiring. CHIP2 is arranged on the upper surface of CHIP1, and is connected to the PCB substrate by PATH3 via BONDING PAD. A SOLDER BALL is formed on the lower surface of the PCB substrate, and is connected to a wiring substrate of a device using the memory module. A cover (COVER) made of a resin mold is formed on the upper surface of the memory module to ensure the mechanical strength of the memory module. When a metal cover (COVER) is used, a shielding effect against electromagnetic noise can be obtained. According to this mounting example, it is possible to reduce the wiring length between chips and to configure a memory module with a small wiring load capacity. In addition, since the mounting area is reduced by stacking chips, it is possible to reduce the size and weight of a device using the memory module.
FIG. 14 shows a modified example of the memory module described with reference to FIG. 14A is a top view and FIG. 14B is a cross-sectional view. The arrangement positions of CHIP1 and CHIP2 are interchanged with the implementation example shown in FIG. In the case where the area of CHIP2 is larger than that of CHIP1, this example can be implemented more easily. The rest is the same as the mounting example shown in FIG.
According to the embodiment described above, if a memory module is configured using a high-speed SRAM and a large-capacity DRAM, a fast access high-speed large-capacity burst memory module can be realized at low cost while following the synchronous SRAM interface system. I can do it.
Further, in the memory module according to the present invention, it is possible to widen the use temperature range of the DRAM by changing the interval of refresh executed inside the module depending on the temperature, and a large capacity memory module with a wide use temperature range can be realized.
In the control circuit (CTL_LOGIC) according to the present invention, a DRAM is used. However, since refresh necessary for the DRAM is executed by the control circuit (CTL_LOGIC), it can be used without considering the refresh like the SRAM.
Another object of the present invention is to realize a memory module with a small data holding current. For this purpose, the data holding current can be reduced by extending the refresh interval executed inside the module, particularly at low temperatures.
Further, the mounting method of the present memory module can reduce the device mounting area and reduce the weight in a portable device using the present memory module.
<Example 2>
FIG. 15 shows a second embodiment of a memory module which is an example of a semiconductor integrated circuit device to which the present invention is applied. One of the differences from the first embodiment is that two DRAMs are used to obscure the influence of DRAM refresh from the outside. Therefore, this memory module is composed of three chips. Each chip will be described below.
First, a static random access memory (SRAM) and a control circuit (CTL_LOGIC) are integrated in CHIP4 (SRAM + CTL_LOGIC). The control circuit controls the SRAM and CHIP2 (DRAM1) and CHIP3 (DRAM2) integrated in CHIP4. CHIP2 (DRAM1) and CHIP3 (DRAM2) are dynamic random access memories (DRAMs). There are various types of DRAM such as EDO, SDRAM, and DDR because of differences in internal configuration and interface. Although any DRAM can be used for this memory module, this embodiment will be described taking SDRAM as an example.
A clock (CLK), addresses (A0 to A20), and command signals (/ CS, / OE, / WE) are input to the memory module from the outside. Power supply is through S-VCC, S-VSS, S-VCCQ, S-VSSQ, D1-VCC, D1-VSS, D1-VCCQ, DL-VSSQ, D2-VCC, D2-VSS, D2-VCCQ, D2-VSSQ Supplied. I / O0 to I / O15 are used for data input / output, and a wait signal WAIT is output according to the operation status.
CHIP4 is an address (D1-A0 to D1-A11, D2-A0 to D2-A11) and commands (D1-CKE, D2-CKE, D1- / CS, D2- / CS, D1) necessary for the operation of CHIP2 and CHIP3. -/ WE, D2- / WE, D1- / RAS, D2- / RAS, D1- / CAS, D2- / CAS, D1-DQMU / DQML, D2-DQMU / DQML). One of the features is that signal terminals for DRAM interface are not directly visible at the input / output nodes between the memory module and the outside.
Here, each command signal will be briefly described. / CS input to CHIP1 is a chip enable signal, / OE is an output enable signal, and / WE is a write enable signal. WAIT is a wait signal output when the response is delayed. This memory module can access SRAM and DRAM using these command signals, address lines (A0 to A20) and data input / output lines (I / O to I / O15). Access to this memory module is performed by a so-called synchronous SRAM interface method.
Access to the SRAM and access to the DRAM are distinguished by the value of the input address. The control circuit (CTL_LOGIC) determines the access destination based on the input address value. The range of addresses for accessing the SRAM and the range of addresses for accessing the DRAM are determined by setting values in advance in a register (REG) provided in the control circuit (CTL_LOGIC).
Address signals and command signals necessary for accessing the DRAM are generated by the control circuit (CTL_LOGIC) and applied to the DRAM. The DRAM needs to be initialized after turning on the power, but the control circuit (CTL_LOGIC) also performs signal generation and timing control necessary for initialization of the DRAM.
When refreshing the DRAM, the control circuit (CTL_LOGIC) can periodically perform a bank active command. In general, the refresh characteristic of DRAM deteriorates at high temperatures, but a DRAM can be used in a wider temperature range by providing a thermometer in the control circuit (CTL_LOGIC) and narrowing the interval between bank active commands at high temperatures. Further, in this memory module, by using two DRAMs alternately, the DRAM refresh can be completely hidden from the outside.
In so-called burst access in which continuous data is handled by one access, burst access may be started from the SRAM area in order to increase the speed of first access. That is, burst access is started from the SRAM area by allocating addresses so that the first half of burst access is performed on the SRAM and the second half of burst access is performed on the DRAM, so that the first access can be speeded up.
When burst access is started from the DRAM, the response of this memory module is delayed. In these cases, the memory module can output a wait signal to notify the operation delay to the outside.
According to the embodiment described above, a large-capacity memory module using an inexpensive general-purpose DRAM can be realized while following the synchronous SRAM interface system. In the memory module according to the present invention, it is possible to widen the use temperature range of the DRAM by changing the refresh interval executed in the module according to the temperature, and a large capacity memory module having a wide use temperature range can be realized.
Further, by alternately using the two DRAMs, the DRAM refresh can be completely hidden from the outside, so that a synchronous SRAM compatible memory module that does not deteriorate in performance due to the refresh can be realized.
Furthermore, when burst access is performed, the first half of the burst access is handled by the SRAM, and the second half of the burst access is handled by the DRAM, thereby realizing a high-speed, large-capacity memory module for first access.
Another object of the present invention is to realize a memory module with a small data holding current. For this purpose, the data holding current can be reduced by extending the refresh interval executed inside the module, particularly at low temperatures.
FIG. 16 shows CHIP4 (SRAM + CTL_LOGIC). CHIP4 (SRAM + CTL_LOGIC) is composed of an SRAM and a control circuit (CTL_LOGIC), and the integrated SRAM is a synchronous SRAM that has been generally used. The control circuit (CTL_LOGIC) is a part other than the SRAM of CHIP1, and is shown as an area surrounded by a broken line in FIG. The The operation of each circuit block will be described below.
The access controller (A_CONT) converts an address input from the outside according to a value set in a built-in register (REG), and selects a memory to be accessed. When the SRAM is selected, an address (S-ADD) and a command signal (S- / CS, S- / WE, S- / OE) are sent to the SRAM, and access to the SRAM is started. When a DRAM is selected, DRAM addresses (D1-A0 to D1-A11, D2-A0 to D2-A11) are generated and command signals (D1-CKE, D2-CKE, D1- / CS). D2- / CS, D1- / RAS, D2- / RAS, D1- / CAS, D2- / CAS, D1- / WE, D2- / WE, D1-DQMU / DQML, D2-DQMU / DQML) and DRAM The access is started.
The access controller controls the FIFO, CACHE, and R / W BUFFER to conceal the DRAM refresh from the outside. In addition, the access controller (A_CONT) controls the overall operation of CHIP4 (SRAM + CTL_LOGIC).
The initialization circuit INT initializes the DRAM when power supply to the DRAM is started. The temperature measurement module (TMP) measures the temperature and outputs a signal corresponding to the measured temperature to RC and A_CONT. RC is a refresh counter that generates an address to be refreshed in accordance with the refresh interval of the DRAM. Further, the refresh interval is changed according to the temperature by the output signal of the temperature measurement module (TMP). The command generator (COM_GEN) generates a command necessary for accessing the DRAM.
Next, the operation of this memory module will be described. In order to perform memory access to CHIP4 (SRAM + CTL_LOGIC), a conventional synchronous SRAM interface is used. When an address signal (A0 to A20) and a command signal (S- / WE, S- / CS, S- / OE) are input in synchronization with the clock CLK, access to the memory is started. The value of the address signal (A0 to A20) input from the outside is converted, and the type of memory to be accessed is determined. The conversion pattern is determined by a value set in advance in a register (REG) in A_CONT.
When the SRAM is accessed, the converted address is output to the S-ADD and sent to the SRAM, and command signals (S- / CS, S- / WE, S- / OE) to the SRAM are output. Thus, access to the SRAM is started. Thereafter, so-called synchronous SRAM is accessed.
Similarly, when the DRAM is accessed, the converted address is output to D1-A0 to D1-A11 or D2-A0 to D2-A11. The command signals (D1-CKE, D2-CKE, D1- / CS, D2- / CS, D1- / RAS, D2- / RAS, D1- / CAS, D2- / CAS, DT- / WE, D2- / WE, D1-DQMU / DQML, D2-DQMU / DQML) are also output, and access to the DRAM is started. The two DRAMs have a WORK period in charge of access and a REF. The refresh period is concealed by repeating the period alternately.
First, the case of reading from the DRAM will be described. It is determined from the address and command received by A_CONT that access is to be executed to the DRAM, and COM_GEN is instructed to issue a command to the DRAM. A_CONT converts the received address into a DRAM row address and a column address, and outputs them to the DRAM in the WORK period in charge of access, out of the two DRAMs. The DRAM that has received the command and address outputs data, and the output data is transferred to I / O0 to I / O15 via R / W BUFFER to complete the read access.
Next, a case where data is written to the DRAM will be described. It is determined from the address and command received by A_CONT that access is to be performed to the DRAM, and COM_GEN is instructed to issue a command to the DRAM. Also, A_CONT converts the received address for DRAM and outputs it to the DRAM in the WORK period in charge of access among the two DRAMs. The data to be written is input from I / O0 to I / O15 and once held in the R / W BUFFER, then sent to the DRAM in charge of access for writing. Also, the data to be written and its address are once held in the FIFO, and the other REF. The data is also written to the DRAM during the period after the refresh is completed.
FIG. 17 shows an example of a memory map of this memory module. The difference from the memory map already described in the first embodiment is that two DRAMs (CHIP3 and CHIP4) are mapped to the same address space in the DRAM area and hold the same data. Each DRAM alternately repeats a period in which access is performed (WORK period) and a period in which refresh is preferentially executed (REF. Period). In the example shown here, the DRAM 1 is in the WORK period. Memory access from the outside is executed for the DRAM during the WORK period. Write data is written into the DRAM during the period after the refresh is completed.
FIG. 18 shows the principle of an access control method for concealing the DRAM refresh. The operation of the DRAM according to the present invention can be explained based on the concept that the access to the bank during the REF period is executed with priority.
FIG. 18A schematically shows the priority order of access. In this figure, DRAM 1 is in the WORK period and DRAM 2 is in REF. It is shown that it is during the period. Also, a CACHE that temporarily takes over access, a FIFO that temporarily stores write data, and a refresh request generated from RC are shown.
In the DRAM 1 during the WORK period, only external access (1) is performed. On the other hand, in the DRAM 2 during the REF period, the refresh (2) is first performed with the highest priority. Next, when data is written, data writing (3) held in the FIFO is executed. These operations are executed with the priority determined by the access control circuit (A_CONT).
Assuming that an access with a burst length of 8 times is performed and four of the half of these accesses are performed on the DRAM, 90 ns is required to execute the external access (1), but the refresh (2) is 70 ns. Write-back (3) from the FIFO is executed in 80 ns. This memory module uses this time difference to conceal refresh from the outside.
FIG. 18B shows how the read access is executed. The case where the DRAM 1 is continuously read-accessed during the WORK period is shown. It is assumed that a total of 8 bytes of data with a burst length of 4 is read in one read access. In DRAM 1, only external access (1) is executed in 90 ns, data is read and access is completed. On the other hand, in the DRAM 2, refresh (2) is only executed in 70 ns.
The case where write access is performed is shown in FIG. In one write access, a total of 8 bytes of data with a burst length of 4 are written. The external write access (1) is first executed in the DRAM 1 during the WORK period. At the same time, the write data is once held in the FIFO. In the DRAM 2 during the REF period, the refresh (2) is first performed with the highest priority. Next, data writing (3) held in the FIFO is executed.
Here, the DRAM 1 in the WORK period requires 90 ns for one operation, whereas the DRAM 2 in the REF period completes one refresh operation in 70 ns and the write operation from the FIFO in 80 ns. . Therefore, even if the DRAM 2 performs the refresh operation, the write operation is performed at a speed higher than that of the DRAM 1, so that all data writing in the FIFO can be completed and catch up with the DRAM 1.
FIG. 19 is a flowchart for explaining the overall operation when access to the DRAM occurs. In STEP1, an address is input and the operation starts. In STEP 2, the type of access is determined from the command. Subsequent operations differ depending on the type of access. If the access is read, proceed to STEP3. In STEP 3, data is read from the DRAM during the WORK period, and the operation ends. If the access is a write, go to STEP4. In STEP4, data is written into the DRAM during the WORK period. On the other hand, in STEP 5, the data and address to be written are held in the FIFO. Here, when refreshing is completed in the SDRAM in the REF period, the process proceeds to STEP 6 and the data held in the FIFO is written in the DRAM in the REF period.
FIG. 20 is a flowchart for explaining the operation of the DRAM during the REF period. SETP2 and STEP3 are portions relating to execution of refresh, and STEP4 and STEP5 are portions relating to execution of write-back. In STEP1, the REF period is started, and in next STEP2, it is first determined whether or not there is a refresh request. If there is a refresh request, the process proceeds to STEP 3 where refresh is executed. The number of times of refresh is managed, and refresh of a determined area is performed. When there is no refresh request and when the refresh is completed, the process proceeds to STEP 4 to determine whether there is data stored in the FIFO. If there is data, proceed to STEP 5 and write back to the DRAM. If the writing of the data held in the FIFO is completed in STEP5, or if there is no data in the FIFO in STEP4, the process returns to STEP2.
FIG. 21 shows how two DRAMs are operated in a time-sharing manner in order to conceal the refresh of the DRAM. FIG. 21A shows an example of operation of a DRAM at 75 ° C. or lower, which is a normal operating temperature range. Two DRAMs (DRAM1 and DRAM2) have a WORK period and a REF. The period is repeated alternately. DRAM during the WORK period labeled WORK operates for external access. The first DRAM 1 becomes a WORK period and corresponds to access from the outside. On the other hand, REF. During the period, the DRAM is prioritized for the refresh operation, and when external access is writing, data is written after the refreshing is completed.
The DRAM memory cell normally needs to be refreshed within 64 ms. In the example shown in the figure, the WORK period and the REF. The period is switched, and DRAM1 and DRAM2 are alternately switched to WORK period and REF. The period is repeated four times.
Here, a single REF. The time required for the refresh performed during the period of 8 ms is T1, and the time required for writing back data accumulated in the FIFO as a result of the write access performed during that time is T2. Explain that you can refresh and write back during the period.
Taking a 16 Mbit SDRAM as an example, the memory configuration is 2048 rows × 256 columns × 16 bits × 2 banks, and refreshing may be performed 4096 times (for 2048 rows × 2 banks) in 64 ms. In the example of FIG. 21A, REF. Since there are four periods, one REF. It is sufficient to perform 1024 refreshes, which is a quarter of the period (8 ms). Since the time required for one refresh is 70 ns, T1 = 70 ns × 1024 times = 72 us.
On the other hand, when the maximum value of the write access performed from the outside during 8 ms is obtained, it is assumed that every access is 4 consecutive burst writes, and it is 88889 times (8 ms / 90 ns). This is referred to as REF. The time T2 required for writing back to the DRAM during the period is 7.111 ms (80 ns × 88889 times). Therefore, T1 + T2 = 7.183 ms <8 ms, and REF. It can be seen that refresh and write back can be performed sufficiently during the period.
The refresh can also be executed simultaneously in a plurality of banks in the DRAM during the REF period. In this case, since the number of refreshes executed in the T1 period can be reduced, the T1 period can be shortened. If the T1 period is shortened, the storage capacity of the FIFO can be reduced, and a high-speed memory can be realized by shortening the interval accessed from the outside.
FIG. 21B shows the case where the refresh interval of the DRAM is changed. In general, the refresh characteristics of DRAM deteriorate at high temperatures. Therefore, for example, when the refresh interval is shortened at a high temperature of 75 ° C. or higher, data can be retained, and operation can be performed in a wider temperature range. In this example, the refresh interval is shortened to 48 ms at a high temperature. T1 does not change, but T2 is 5.33 ms, the remaining time Δ is 0.6 ms, and REF. You can refresh and write back during the period.
On the other hand, at low temperatures, the refresh interval can be shortened to reduce the data retention current. In the illustrated example, the refresh interval is doubled to 128 ns at low temperatures. In this case, the REF period is 16 ms. Although T1 is not changed, T2 is 14.22 ms and the remaining time Δ is 1.71 ms. Even if refresh is performed in the T1 period, all data can be written back in the T2 period.
In the present embodiment, the operation unit of the DRAM related to refresh concealment has been described for each chip. However, for example, a bank may be used as the operation unit according to the performance of the memory module and the configuration of the memory chip. Further, the refresh interval of 64 ms is divided into eight periods to be a WORK period and a REF period. However, if further divided, the storage capacity of the FIFO for holding data and addresses can be reduced. On the other hand, if the number of divisions is large, the number of switching between the WORK period and the REF period can be reduced, so that the control circuit accompanying the switching can be simplified.
FIG. 22 is a diagram for explaining the function of CACHE. In FIG. 22A, the WORK period and REF. Shown is the case where write access is made from outside just before the period changes. Here, the external access A (EXT_ACC_A) is performed just before the end of the WORK period of the DRAM 1. In such a case, the WORK period of the DRAM 1 is extended by dT until the end of the write access. On the other hand, the DRAM 2 enters the WORK period as scheduled, and waits for the end of the write access without writing the write data. Data that has not been written to the DRAM 2 is temporarily held in the CACHE. When an access to the same address held in CACHE occurs during the WORK period, read / write is performed on CACHE instead of DRAM 2. If the access is write, REF. Writing to the DRAM 1 during the period is performed via the FIFO as usual. The data held in CACHE is the next REF. Written back to the period. When this write back is completed, the contents of CACHE are cleared.
If the access is a read, the WORK period of the DRAM 1 is only extended by dT until the end of the access.
FIG. 22 (B) shows that one access is a WORK period and REF. The case where it was performed longer than the period, or the case where it could not be covered in the extended period dT was shown. The external access B (EXT_ACC_B) in which the DRAM 1 is started during the WORK period exceeds the extension time dT and continues to the next REF. Access continues during the period. In this case, the access is handed over to CACHE, and the DRAM 1 REF. Enter the period. The DRAM 2 enters a WORK period as scheduled and enters a standby state. In the case of read access, data is transferred from DRAM 1 to CACHE. In the case of write access, when the continued access is completed, the data written in CACHE is written back to DRAM1 and DRAM2. In the write back, each DRAM is REF. When the period starts. When both writebacks are completed, the contents of CACHE are cleared. Thus, using CACHE, the WORK period and REF. Access over a period of time or access over one or more WORK periods can be handled.
The timing waveform of this memory module will be described. The case where the read access is continued, the case where the write read is continued, and the case where the burst start address is in the DRAM area are those shown in FIGS. 4, 6 and 7 already described in the first embodiment. Are the same.
FIG. 23 shows a timing waveform when the writing is continued. The difference from FIG. 5, which is the waveform at the time of continuous writing shown in the first embodiment, is that access to address A1 is started one cycle after the access to address A0 is completed. This insertion of one cycle gives a margin to the operation of the DRAM. It is possible to refresh and write back the DRAM during the period.
FIG. 24 shows an example of mounting the memory module in this embodiment. FIG. 24A is a top view and FIG. 24B is a cross-sectional view. In this example, the memory module is composed of CHIP2, CHIP3, CHIP4, PCB, PATH1, PATH2, BONDING PAD, SOLDER BALL, and COVER. CHIP2 and CHIP3 arranged on the upper surface of the PCB substrate are connected to the PCB substrate by PATH2 via BONDING PAD. Further, the CHIP 4 arranged on the upper surface of the PCB substrate is connected to the PCB substrate by PATH1 and PATH2 through the BONDING PAD. A SOLDER BALL is formed on the lower surface of the PCB substrate, and is connected to a wiring substrate of a device using the memory module. A cover (COVER) made of a resin mold is formed on the upper surface of the memory module to ensure the mechanical strength of the memory module. When a metal cover (COVER) is used, a shielding effect against electromagnetic noise can be obtained. According to this mounting example, it is possible to reduce the wiring length between chips and to configure a memory module with a small wiring load capacity. In addition, since the mounting area is reduced, it is possible to reduce the size and weight of the device using the memory module.
FIG. 25 shows a modified example of the memory module described with reference to FIG. FIG. 25A is a top view and FIG. 25B is a cross-sectional view. 24 differs from the implementation example shown in FIG. 24 in the connection method between CHIP4, CHIP2, and CHIP3. In this example, CHIP4, CHIP2, CHIP3, and PATH5 are used for connection wiring. In addition to simplifying the wiring process, PATH5 that directly connects chips can reduce the load capacity due to wiring. Further, since the number of BONDING PADs arranged on the PCB substrate can be reduced, a memory module can be realized with a smaller area. The rest is the same as the mounting example shown in FIG.
FIG. 26 shows a modified example of the memory module described in FIG. 26A is a top view and FIG. 26B is a cross-sectional view. The arrangement and connection method of CHIP2 and CHIP3 are different from the implementation example shown in FIG. In this example, CHIP2 and CHIP3 arranged on the upper surface of the PCB substrate are connected face-down to the PCB substrate. SOLDER BUMP is used for arrangement and wiring. By using SOLDER BUMP, the wiring process can be simplified and the load capacity due to the wiring can be reduced. Further, since the number of BONDING PADs arranged on the PCB substrate can be reduced, a memory module can be realized with a smaller area. The rest is the same as the mounting example shown in FIG.
FIG. 27 shows a modified example of the memory module described with reference to FIG. FIG. 27A is a top view and FIG. 27B is a cross-sectional view. The CHIP4 arrangement and connection method are different from the implementation example shown in FIG. In this example, the CHIP 4 disposed on the upper surface of the PCB substrate is connected face-down to the PCB substrate. SOLDER BUMP is used for arrangement and wiring. By using SOLDER BUMP, the wiring process can be simplified and the load capacity due to the wiring can be reduced. Further, since the number of BONDING PADs arranged on the PCB substrate can be reduced, a memory module can be realized with a smaller area. The rest is the same as the mounting example shown in FIG.
FIG. 28 shows another example of mounting the memory module in the present embodiment. FIG. 28A is a top view and FIG. 28B is a cross-sectional view. In this example, this memory module is composed of CHIP2, CHIP3, CHIP4, PCB, PATH6, PATH7, BONDING PAD, SOLDER BALL, and COVER. CHIP2 and CHIP3 arranged on the upper surface of the PCB substrate are directly connected to CHIP4 by PATH6 through BONDING PAD. In addition, CHIP4 is arranged on the upper surface of CHIP2 and CHIP3, and CHIP4 is connected to the PCB substrate by PATH6 via BONDING PAD. A SOLDER BALL is formed on the lower surface of the PCB substrate, and is connected to a wiring substrate of a device using the memory module. A cover (COVER) made of a resin mold is formed on the upper surface of the memory module to ensure the mechanical strength of the memory module. When a metal cover (COVER) is used, a shielding effect against electromagnetic noise can be obtained. According to this mounting example, it is possible to reduce the wiring length between chips and to configure a memory module with a small wiring load capacity. In addition, since the mounting area is reduced by stacking chips, it is possible to reduce the size and weight of a device using the memory module.
FIG. 29 shows a modified example of the memory module described with reference to FIG. FIG. 29A is a top view and FIG. 29B is a cross-sectional view. 28, the placement positions of CHIP2, CHIP3, and CHIP4 are interchanged. If the area of CHIP4 is larger than that of CHIP2 and CHIP3, this example can be implemented more easily. CHIP2, CHIP3, and CHIP4 are directly connected by PATH8, and CHIP4 is connected to the PCB board by PATH9. The rest is the same as the mounting example shown in FIG.
As an embodiment of the above memory module, a so-called BGA type package has been taken as an example, but each chip is soldered onto a glass epoxy wiring board like a DIMM (Dual In Line Memory Module) used in a DRAM memory module. It is also possible to use the form of mounting. In this case, the shape is a standard size, but the advantage is that it can be created at a relatively low cost because it uses normal mounting technology.
According to the embodiment described above, the following effects can be expected in addition to the points already described in the first embodiment. That is, in the memory module according to the present invention, the DRAM refresh can be concealed from the outside of the memory module by adjusting the timing of performing the data retention and refreshing in the DRAM, thereby ensuring complete compatibility with the SRAM. I can do it.
As a result, it is possible to use a low-cost and high-speed large-capacity memory module without any change to a system in which an SRAM is conventionally used.
As described above, the main effects obtained by the embodiments of the present invention are as follows. First, by using a combination of a high-speed memory and a large-capacity memory, a high-capacity memory with high burst access speed is realized. Secondly, by controlling access to the DRAM by the controller, a large-capacity memory that does not need to be refreshed from the outside is realized. Thirdly, a memory module with a small mounting area can be provided by mounting a plurality of semiconductor chips on one sealing body.
Industrial applicability
The present invention is suitable for use in a composite memory semiconductor device including SRAM and DRAM used in information equipment (such as a mobile phone).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a memory module to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of the CHIP 2 in FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of an address map of a memory module to which the present invention is applied.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of operation waveforms of the memory module to which the present invention is applied.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of operation waveforms of the memory module to which the present invention is applied.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of operation waveforms of the memory module to which the present invention is applied.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of operation waveforms of the memory module to which the present invention is applied.
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of the SRAM.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of the DRAM.
FIG. 10 is an example of a mounting form of the memory module according to the present invention.
FIG. 11 is an example of a mounting form of the memory module according to the present invention.
FIG. 12 is an example of a mounting form of the memory module according to the present invention.
FIG. 13 is an example of a mounting form of the memory module according to the present invention.
FIG. 14 is an example of a mounting form of the memory module according to the present invention.
FIG. 15 is a configuration diagram of a memory module to which the present invention is applied.
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration example of CHIP4 in FIG.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of an address map of a memory module to which the present invention is applied.
FIG. 18 is an explanatory diagram for explaining a state in which both access to the DRAM and refresh are performed at the same time.
FIG. 19 is a flowchart showing the flow of processing when accessing the DRAM.
FIG. 20 is a flowchart showing an operation flow in the DRAM during the REF period.
FIG. 21 is an explanatory diagram showing an example of a DRAM refresh method.
FIG. 22 shows the WORK period, REF. It is explanatory drawing which shows the method of taking over access at the time of a period switch.
FIG. 23 is an explanatory diagram showing an example of operation waveforms of the memory module to which the present invention is applied.
FIG. 24 is an example of a mounting form of the memory module according to the present invention.
FIG. 25 is an example of a mounting form of the memory module according to the present invention.
FIG. 26 is an example of a mounting form of the memory module according to the present invention.
FIG. 27 is an example of a mounting form of a memory module according to the present invention.
FIG. 28 is an example of a mounting form of the memory module according to the present invention.
FIG. 29 shows an example of a mounting form of the memory module according to the present invention.

Claims (18)

外部アクセス信号を受けるための複数の第1端子と、
データ入出力のための第2端子と、
第1キャパシタと第1MISFETをそれぞれに持つ複数の第1メモリセルを含む第1メモリと、前記第1メモリに対する第1アクセス信号を受けるための複数の第1ノードとを含む第1チップと、
交差結合された2つのインバータをそれぞれに持つ複数の第2メモリセルを含む第2メモリと、前記第2メモリに対する第2アクセス信号を受けるための複数の第2ノードと、前記複数の第1ノードに結合され前記第1チップに対する前記第1アクセス信号を供給するための複数の第3ノードと、前記第2及び第3ノードに結合され前記外部アクセス信号を受けて前記第1及び第2アクセス信号を形成するアクセスコントローラを含む第2チップとを備え、
前記アクセスコントローラは、前記複数の第1端子を介してNビットの連続するデータを読み出すべき前記外部アクセス信号を受けた際に、前記Nビットのうち前半のN1ビットを前記第2メモリから読み出すための前記第2アクセス信号を前記第2メモリに供給するとともに前記Nビットのうち後半のN2ビットを前記第1メモリから読み出すための前記第1アクセス信号を前記第1メモリに供給し、前記N1ビットと前記N2ビットの順番で連続して前記第2端子から読み出しデータを出力させる半導体装置。
A plurality of first terminals for receiving external access signals;
A second terminal for data input and output;
A first chip including a first memory including a plurality of first memory cells each having a first capacitor and a first MISFET; and a plurality of first nodes for receiving a first access signal to the first memory;
A second memory including a plurality of second memory cells each having two cross-coupled inverters; a plurality of second nodes for receiving a second access signal for the second memory; and the plurality of first nodes A plurality of third nodes coupled to the first chip for supplying the first access signal to the first chip; and the first and second access signals coupled to the second and third nodes and receiving the external access signal A second chip including an access controller forming
When the access controller receives the external access signal to read N bits of continuous data via the plurality of first terminals, the access controller reads the first half of the N bits from the second memory. The second access signal is supplied to the second memory, the first access signal for reading the second N2 bits of the N bits from the first memory is supplied to the first memory, and the N1 bits And a semiconductor device for outputting read data from the second terminal successively in the order of the N2 bits.
請求の範囲第1項において、前記外部アクセス信号は、クロックに同期してコマンドとアドレスが供給される同期型SRAMのインターフェースを持つ半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the external access signal has a synchronous SRAM interface to which a command and an address are supplied in synchronization with a clock. 請求の範囲第1項において、前記第1チップは同期型DRAMであり、前記第2メモリはSRAMである半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first chip is a synchronous DRAM and the second memory is an SRAM. 請求の範囲第1項において、
前記半導体装置は、前記第1及び第2チップが内部に含まれる封止体をさらに有し、
前記複数の第1端子及び前記第2端子は前記封止体の外部に対して電気的接続をするため電極となる半導体装置。
In claim 1,
The semiconductor device further includes a sealing body in which the first and second chips are included,
The plurality of first terminals and the second terminals are semiconductor devices that serve as electrodes for electrical connection to the outside of the sealing body.
請求の範囲第2項において、前記封止体は基板を含み、
前記第1及び第2チップは前記第1主面に搭載され、
前記基板の前記第1主面は封止物で覆われ、
前記複数の第1端子と前記第2端子は前記基板の前記第1主面に対して対向する側に設けられた第2主面に形成される半導体装置。
In Claim 2, the said sealing body contains a board | substrate,
The first and second chips are mounted on the first main surface;
The first main surface of the substrate is covered with a sealing material;
The plurality of first terminals and the second terminals are semiconductor devices formed on a second main surface provided on a side of the substrate facing the first main surface.
請求の範囲第4項において、、前記第1及び第2チップは樹脂により封止される半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the first and second chips are sealed with resin. 外部アクセス信号を受けるための複数の第1端子と、
データ入出力のための第2端子と、
第1の読み出し時間を持つ複数の第1メモリセルを含む第1メモリと、前記第1メモリに対する第1アクセス信号を受けるための複数の第1ノードとを含む第1チップと、
前記第1の読み出し時間を持つ複数の第2メモリセルを含む第2メモリと、前記第2メモリに対する第2アクセス信号を受けるための複数の第2ノードとを含む第2チップと、
前記第1の読み出し時間よりも短い第2読み出し時間を持つ複数の第3メモリセルを含む第3メモリと、前記第3メモリに対する第3アクセス信号を受ける複数の第3ノードと、前記複数の第1ノードに結合され前記第1チップに対する前記第1アクセス信号を供給するための複数の第4ノードと、前記複数の第2ノードに結合され前記第2チップに対する前記第2アクセス信号を供給するための複数の第5ノードと、前記第3から第5ノードに結合され前記外部アクセス信号を受けて前記第1から第3アクセス信号を形成するアクセスコントローラを含む第2チップとを備え、
前記アクセスコントローラは、前記複数の第1端子を介してNビットの連続するデータを読み出べき前記外部アクセス信号を受けた際に、前記Nビットのうち前半のN1ビットを前記第3メモリから読み出すための前記第3アクセス信号を前記第3メモリに供給するとともに前記Nビットのうち後半のN2ビットを前記第1または第2メモリのいずれか一方から読み出すため前記第1または第2アクセス信号を前記第1または第2メモリの一方に出力し、前記N1ビットと前記N2ビットの順番で連続して前記第2端子から読み出しデータを出力させる半導体装置。
A plurality of first terminals for receiving external access signals;
A second terminal for data input and output;
A first chip including a first memory including a plurality of first memory cells having a first read time; and a plurality of first nodes for receiving a first access signal for the first memory;
A second chip including a second memory including a plurality of second memory cells having the first read time; and a plurality of second nodes for receiving a second access signal for the second memory;
A third memory including a plurality of third memory cells having a second read time shorter than the first read time; a plurality of third nodes receiving a third access signal to the third memory; and A plurality of fourth nodes coupled to one node for supplying the first access signal to the first chip; and a plurality of fourth nodes coupled to the plurality of second nodes for supplying the second access signal to the second chip. And a second chip including an access controller coupled to the third to fifth nodes and receiving the external access signal to form the first to third access signals,
When the access controller receives the external access signal to read N bits of continuous data via the plurality of first terminals, the access controller reads the first half of the N bits from the third memory. For supplying the third access signal to the third memory and reading the second N2 bits of the N bits from either the first or second memory. A semiconductor device that outputs to one of the first and second memories and outputs read data from the second terminal in the order of the N1 bit and the N2 bit.
請求の範囲第7項において、前記アクセスコントローラは、第1期間において前記外部アクセス信号を受けた場合には前記第1メモリに対してアクセスを行うよう前記第1アクセス信号を出力し、第2期間において前記外部メモリアクセス信号を受けた場合には前記第2メモリに対してアクセスを行うよう前記第2アクセス信号を出力する半導体装置。8. The access controller according to claim 7, wherein the access controller outputs the first access signal so as to access the first memory when receiving the external access signal in the first period, and the second period. A semiconductor device that outputs the second access signal so as to access the second memory when receiving the external memory access signal. 請求の範囲第8項において、
前記アクセスコントローラは、前記第1期間において、前記外部アクセス信号に対応して前記第1メモリに対する読み出しまたは書込コマンド信号を前記第1アクセス信号として出力可能とされるともに、前記第2メモリに対するリフレッシュを行うためのリフレッシュコマンド信号を前記第2アクセス信号として出力可能とされ、
前記アクセスコントローラは、前記第2期間において、前記外部アクセス信号に対応して前記第2メモリに対する読み出しまたは書込コマンド信号を前記第2アクセス信号として出力可能とされるともに、前記第1メモリに対するリフレッシュを行うためのリフレッシュコマンド信号を前記第1アクセス信号として出力可能とされる半導体装置。
In claim 8,
In the first period, the access controller can output a read or write command signal for the first memory as the first access signal in response to the external access signal, and can refresh the second memory. A refresh command signal for performing the operation can be output as the second access signal,
In the second period, the access controller can output a read or write command signal for the second memory as the second access signal in response to the external access signal, and can refresh the first memory. A semiconductor device capable of outputting a refresh command signal for performing the first access signal as the first access signal.
請求の範囲第7項において、前記第1メモリと前記第2メモリとは同じ情報を重複して記憶する期間を有する半導体装置。8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the first memory and the second memory have a period in which the same information is stored redundantly. 請求の範囲第7項において、前記半導体装置は、前記第1メモリに対する読出し/書込み許容期間であるとともに前記第2メモリに対するリフレッシュ期間となる前記第1期間と、前記第1メモリに対するリフレッシュ期間となるとともに前記第2メモリに対する読出し/書込み許容期間である前記第2期間とを交互に繰り返す半導体装置。8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the semiconductor device has a read / write allowable period for the first memory, a first period that is a refresh period for the second memory, and a refresh period for the first memory. A semiconductor device that alternately repeats the second period, which is a read / write allowable period for the second memory. 請求の範囲第7項において、前記第1及び第2チップのそれぞれはDRAMメモリチップであり、前記外部アクセス信号は、クロックに同期してコマンドとアドレスが供給される同期型SRAMのインターフェースを持つ半導体装置。8. The semiconductor device according to claim 7, wherein each of the first and second chips is a DRAM memory chip, and the external access signal is a synchronous SRAM interface to which a command and an address are supplied in synchronization with a clock. apparatus. 請求の範囲第7項において、
前記半導体装置は、前記第1、第2、及び第3チップが内部に含まれる封止体をさらに有し、
前記複数の第1端子及び前記第2端子は前記封止体の外部に対して電気的接続をするため電極となる半導体装置。
In claim 7,
The semiconductor device further includes a sealing body in which the first, second, and third chips are included,
The plurality of first terminals and the second terminals are semiconductor devices that serve as electrodes for electrical connection to the outside of the sealing body.
請求の範囲第13項において、前記封止体は基板を含み、
前記前記第1、第2、及び第3チップは前記第1主面に搭載され、
前記基板の前記第1主面は封止物で覆われ、
前記第1端子と前記第2端子は前記基板の前記第1主面に対して対向する側に設けられた第2主面に形成される半導体装置。
In Claim 13, the said sealing body contains a board | substrate,
The first, second, and third chips are mounted on the first main surface;
The first main surface of the substrate is covered with a sealing material;
The first terminal and the second terminal are semiconductor devices formed on a second main surface provided on a side of the substrate facing the first main surface.
第1DRAMチップと、
第2DRAMチップと、
SRAMメモリアレイと、前記第1DRAMチップに対する第1アクセス信号を供給する複数の第1ノード、前記第2DRAMチップに対する第2アクセス信号を供給する複数の第2ノード、前記SRAMメモリアレイに対する第3アクセス信号を供給する複数の第3ノード、外部アクセス信号を受けるための複数の第4ノードを有するアクセスコントローラとを含むチップと、
前記アクセスコントローラは、Nビットの連続するデータのアクセスを指示する外部アクセス信号を受けた際に、前記Nビットのうち前半のN1ビットを前記SRAMアレイに対してアクセスするための前記第3アクセス信号を前記SRAMアレイに供給するとともに前記Nビットのうち後半のN2ビットを前記第1または第2DRAMチップのいずれか一方に対してアクセスするため前記第1または第2アクセス信号を前記第1または第2DRAMチップの一方に出力し、前記N1ビットと前記N2ビットの順番で連続してアクセセスさせるメモリモジュール。
A first DRAM chip;
A second DRAM chip;
An SRAM memory array; a plurality of first nodes for supplying a first access signal to the first DRAM chip; a plurality of second nodes for supplying a second access signal to the second DRAM chip; and a third access signal to the SRAM memory array. A chip including a plurality of third nodes for supplying an external access signal and an access controller having a plurality of fourth nodes for receiving external access signals;
When the access controller receives an external access signal instructing access to N bits of continuous data, the third access signal for accessing the first half of the N bits to the SRAM array Is supplied to the SRAM array, and the second or second DRAM chip is used for accessing the N2 bit in the latter half of the N bits to either the first or second DRAM chip. A memory module that outputs to one side of the chip and allows continuous access in the order of the N1 bit and the N2 bit.
請求の範囲第15項において、前記メモリモジュールは、前記第1及び第2DRAMチップ及び前記SRAMメモリアレイに対するアクセス制御するための信号が前記アクセスコントローラのへの制御信号として供給される複数の第1電極と、前記第1及び第2DRAMチップ及び前記SRAMメモリアレイに対するデータの入出力のための複数の第2電極とを更に含むメモリモジュール。16. The memory module according to claim 15, wherein the memory module includes a plurality of first electrodes to which a signal for controlling access to the first and second DRAM chips and the SRAM memory array is supplied as a control signal to the access controller. And a plurality of second electrodes for inputting / outputting data to / from the first and second DRAM chips and the SRAM memory array. 請求の範囲第15項において、前記メモリモジュールの外部から前記第1DRAMチップ及び第2DRAMチップに対するアクセスはSRAMインタフェースで行われ、前記メモリモジュールの外部からはアクセスにおいては、前記第1及び第2DRAMチップに対するリフレッシュによって生ずるビジー期間は生じないメモリモジュール。16. The access to the first DRAM chip and the second DRAM chip from the outside of the memory module is performed by an SRAM interface, and the access to the first and second DRAM chips is performed from the outside of the memory module. A memory module that does not have a busy period caused by refresh. 請求の範囲第15項において、前記第1メモリと前記第2メモリとは重複したアドレス空間を持ち同じ情報を重複して記憶する期間を有するメモリモジュール。16. The memory module according to claim 15, wherein the first memory and the second memory have overlapping address spaces and have a period in which the same information is stored redundantly.
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