KR102513913B1 - Nonvolatile memory module and memory system - Google Patents

Nonvolatile memory module and memory system Download PDF

Info

Publication number
KR102513913B1
KR102513913B1 KR1020150171660A KR20150171660A KR102513913B1 KR 102513913 B1 KR102513913 B1 KR 102513913B1 KR 1020150171660 A KR1020150171660 A KR 1020150171660A KR 20150171660 A KR20150171660 A KR 20150171660A KR 102513913 B1 KR102513913 B1 KR 102513913B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
data
memory
address
module
nonvolatile memory
Prior art date
Application number
KR1020150171660A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20170065731A (en
Inventor
조영진
서성용
장덕현
최진혁
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020150171660A priority Critical patent/KR102513913B1/en
Priority to US15/366,137 priority patent/US10303372B2/en
Publication of KR20170065731A publication Critical patent/KR20170065731A/en
Priority to US16/414,893 priority patent/US11106363B2/en
Priority to US17/389,834 priority patent/US11614866B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102513913B1 publication Critical patent/KR102513913B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F12/00Accessing, addressing or allocating within memory systems or architectures
    • G06F12/02Addressing or allocation; Relocation
    • G06F12/0223User address space allocation, e.g. contiguous or non contiguous base addressing
    • G06F12/023Free address space management
    • G06F12/0238Memory management in non-volatile memory, e.g. resistive RAM or ferroelectric memory
    • G06F12/0246Memory management in non-volatile memory, e.g. resistive RAM or ferroelectric memory in block erasable memory, e.g. flash memory
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F12/00Accessing, addressing or allocating within memory systems or architectures
    • G06F12/02Addressing or allocation; Relocation
    • G06F12/08Addressing or allocation; Relocation in hierarchically structured memory systems, e.g. virtual memory systems
    • G06F12/0802Addressing of a memory level in which the access to the desired data or data block requires associative addressing means, e.g. caches
    • G06F12/0804Addressing of a memory level in which the access to the desired data or data block requires associative addressing means, e.g. caches with main memory updating
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F12/00Accessing, addressing or allocating within memory systems or architectures
    • G06F12/02Addressing or allocation; Relocation
    • G06F12/08Addressing or allocation; Relocation in hierarchically structured memory systems, e.g. virtual memory systems
    • G06F12/0802Addressing of a memory level in which the access to the desired data or data block requires associative addressing means, e.g. caches
    • G06F12/0806Multiuser, multiprocessor or multiprocessing cache systems
    • G06F12/0808Multiuser, multiprocessor or multiprocessing cache systems with cache invalidating means
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F12/00Accessing, addressing or allocating within memory systems or architectures
    • G06F12/02Addressing or allocation; Relocation
    • G06F12/08Addressing or allocation; Relocation in hierarchically structured memory systems, e.g. virtual memory systems
    • G06F12/0802Addressing of a memory level in which the access to the desired data or data block requires associative addressing means, e.g. caches
    • G06F12/0806Multiuser, multiprocessor or multiprocessing cache systems
    • G06F12/0815Cache consistency protocols
    • G06F12/0831Cache consistency protocols using a bus scheme, e.g. with bus monitoring or watching means
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • G06F13/14Handling requests for interconnection or transfer
    • G06F13/16Handling requests for interconnection or transfer for access to memory bus
    • G06F13/1668Details of memory controller
    • G06F13/1673Details of memory controller using buffers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Memory System Of A Hierarchy Structure (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 불휘발성 메모리 모듈은 불휘발성 메모리, 불휘발성 메모리의 캐시 메모리인 휘발성 메모리, 휘발성 메모리와 메모리 데이터 라인을 공유하고, 불휘발성 메모리를 제어하도록 구성되는 제어기, 및 외부 장치로부터의 모듈 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스에 응답하여, 제1 버스를 통해 제1 읽기 커맨드 및 제1 어드레스를 휘발성 메모리로 전송하고, 제2 버스를 통해 제1 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스를 제어기로 전송하는 모듈 컨트롤러를 포함한다. A nonvolatile memory module according to an embodiment of the present invention includes a nonvolatile memory, a volatile memory that is a cache memory of the nonvolatile memory, a controller configured to share a memory data line with the volatile memory and control the nonvolatile memory, and an external device. In response to the module write command and the first address from, transfer a first read command and a first address to the volatile memory through a first bus, and transfer a first write command and a first address to the controller through a second bus. It includes a module controller that

Figure R1020150171660
Figure R1020150171660

Description

불휘발성 메모리 모듈 및 메모리 시스템{NONVOLATILE MEMORY MODULE AND MEMORY SYSTEM}Non-volatile memory module and memory system {NONVOLATILE MEMORY MODULE AND MEMORY SYSTEM}

본 발명은 반도체 메모리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불휘발성 메모리 모듈 및 메모리 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to semiconductor memories, and more particularly to nonvolatile memory modules and memory systems.

반도체 메모리 장치(semiconductor memory device)는 실리콘(Si, silicon), 게르마늄(Ge, Germanium), 비화 갈륨(GaAs, gallium arsenide), 인화인듐(InP, indium phosphide) 등과 같은 반도체를 이용하여 구현되는 기억장치이다. 반도체 메모리 장치는 크게 휘발성 메모리 장치(Volatile memory device)와 불휘발성 메모리 장치(Nonvolatile memory device)로 구분된다.A semiconductor memory device is a memory device implemented using semiconductors such as silicon (Si, silicon), germanium (Ge, Germanium), gallium arsenide (GaAs), and indium phosphide (InP). am. Semiconductor memory devices are largely classified into volatile memory devices and nonvolatile memory devices.

휘발성 메모리 장치는 전원 공급이 차단되면 저장하고 있던 데이터가 소멸되는 메모리 장치이다. 휘발성 메모리 장치에는 SRAM (Static RAM), DRAM (Dynamic RAM), SDRAM (Synchronous DRAM) 등이 있다. 불휘발성 메모리 장치는 전원 공급이 차단되어도 저장하고 있던 데이터를 유지하는 메모리 장치이다. 불 휘발성 메모리 장치에는 ROM (Read Only Memory), PROM (Programmable ROM), EPROM (Electrically Programmable ROM), EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM (Phase-change RAM), MRAM (Magnetic RAM), RRAM (Resistive RAM), FRAM (Ferroelectric RAM) 등이 있다.A volatile memory device is a memory device in which stored data is lost when power supply is cut off. Volatile memory devices include static RAM (SRAM), dynamic RAM (DRAM), and synchronous DRAM (SDRAM). A nonvolatile memory device is a memory device that maintains stored data even when power supply is cut off. Non-volatile memory devices include Read Only Memory (ROM), Programmable ROM (PROM), Electrically Programmable ROM (EPROM), Electrically Erasable and Programmable ROM (EEPROM), Flash memory devices, Phase-change RAM (PRAM), Magnetic RAM (MRAM) ), Resistive RAM (RRAM), and Ferroelectric RAM (FRAM).

특히, DRAM은 빠른 응답 속도 및 빠른 동작 속도를 갖기 때문에, 시스템의 주 메모리(main memory)로써 널리 사용된다. 그러나, DRAM은 전원 공급이 차단되면 데이터가 소멸되는 휘발성 메모리이기 때문에, DRAM에 저장된 데이터를 보존하기 위해서는 별도의 장치가 요구된다. 또한, DRAM은 캐패시터를 사용하여 데이터를 저장하기 때문에, 단위 셀의 크기가 크고, 이로 인하여, 제한된 영역에 DRAM 용량을 증가시키는데 어려움이 있다.In particular, since DRAM has a fast response speed and a fast operating speed, it is widely used as a main memory of a system. However, since DRAM is a volatile memory in which data is lost when power is cut off, a separate device is required to preserve data stored in the DRAM. In addition, since DRAM uses a capacitor to store data, the size of a unit cell is large, and as a result, it is difficult to increase DRAM capacity in a limited area.

본 발명의 목적은 불휘발성 메모리 및 휘발성 메모리를 사용하여 대용량 및 고성능을 갖는 불휘발성 메모리 모듈 및 메모리 시스템을 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide a nonvolatile memory module and a memory system having a large capacity and high performance by using a nonvolatile memory and a volatile memory.

본 발명의 일 실시 예에 따른 불휘발성 메모리 모듈은 불휘발성 메모리, 상기 불휘발성 메모리의 캐시 메모리인 휘발성 메모리, 상기 휘발성 메모리와 메모리 데이터 라인을 공유하고, 상기 불휘발성 메모리를 제어하도록 구성되는 제어기, 및 외부 장치로부터의 모듈 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스에 응답하여, 제1 버스를 통해 제1 읽기 커맨드 및 상기 제1 어드레스를 상기 휘발성 메모리로 전송하고, 제2 버스를 통해 제1 쓰기 커맨드 및 상기 제1 어드레스를 상기 제어기로 전송하는 모듈 컨트롤러를 포함하고, 상기 휘발성 메모리는 상기 제1 읽기 커맨드 및 상기 제1 어드레스에 응답하여, 제1 태그 및 제1 데이터를 출력하고, 상기 제어기는 상기 제1 쓰기 커맨드 및 상기 제1 어드레스에 응답하여, 상기 제1 태그 및 상기 제1 어드레스를 기반으로 상기 제1 데이터를 상기 불휘발성 메모리에 선택적으로 프로그램하는 것을 특징으로 한다.A nonvolatile memory module according to an embodiment of the present invention includes a nonvolatile memory, a volatile memory that is a cache memory of the nonvolatile memory, a controller configured to share a memory data line with the volatile memory and control the nonvolatile memory; and transmits a first read command and the first address to the volatile memory through a first bus in response to a module write command and a first address from an external device, and transmits a first write command and the first address through a second bus. 1 address to the controller, the volatile memory outputs a first tag and first data in response to the first read command and the first address, and the controller controls the first write command. In response to a command and the first address, the first data may be selectively programmed into the nonvolatile memory based on the first tag and the first address.

실시 예로서, 상기 제어기는 상기 휘발성 메모리와 태그 데이터 라인을 공유하고, 상기 태그 데이터 라인을 통해 상기 제1 태그를 수신하고, 상기 메모리 데이터 라인을 통해 상기 제1 데이터를 수신한다.As an embodiment, the controller shares a tag data line with the volatile memory, receives the first tag through the tag data line, and receives the first data through the memory data line.

실시 예로서, 상기 모듈 컨트롤러에 의해 상기 제1 읽기 커맨드 및 상기 제1 어드레스가 상기 휘발성 메모리로 전송되는 타이밍 및 상기 제1 쓰기 커맨드 및 상기 제1 어드레스가 상기 제어기로 전송되는 타이밍은 서로 다른 것을 특징으로 한다.As an embodiment, a timing at which the first read command and the first address are transmitted to the volatile memory by the module controller and a timing at which the first write command and the first address are transmitted to the controller are different from each other. to be

실시 예로서, 상기 불휘발성 메모리 모듈은 상기 메모리 데이터 라인 및 데이터 라인 사이에 배치되고, 상기 데이터 라인을 통해 상기 외부 장치와 연결되고, 상기 모듈 컨트롤러의 제어에 따라 상기 메모리 데이터 라인 및 상기 데이터 라인을 구동하는 데이터 버퍼를 더 포함한다.In an embodiment, the nonvolatile memory module is disposed between the memory data line and the data line, is connected to the external device through the data line, and controls the memory data line and the data line according to the control of the module controller. It further includes a data buffer to drive.

본 발명의 일 실시 예에 따른 불휘발성 메모리 모듈은 불휘발성 메모리, 상기 불휘발성 메모리의 캐시 메모리인 휘발성 메모리, 상기 휘발성 메모리와 메모리 데이터 라인을 공유하고, 상기 불휘발성 메모리를 제어하도록 구성되는 제어기, 및 외부 장치로부터의 모듈 읽기 커맨드 및 제1 어드레스에 응답하여, 제1 버스를 통해 제1 쓰기 커맨드 및 상기 제1 어드레스를 상기 휘발성 메모리로 전송하고, 제2 버스를 통해 제1 읽기 커맨드 및 상기 제1 어드레스를 상기 제어기로 전송하는 모듈 컨트롤러를 포함하고, 상기 제어기는 상기 제1 읽기 커맨드 및 상기 제1 어드레스에 응답하여 상기 메모리 데이터 라인을 통해, 상기 불휘발성 메모리로부터의 제1 데이터를 출력하고, 상기 휘발성 메모리는 상기 메모리 데이터 라인을 통해 상기 제1 데이터를 수신하고, 상기 제1 쓰기 커맨드 및 상기 제1 어드레스에 응답하여 상기 제1 데이터를 기입하는 것을 특징으로 한다.A nonvolatile memory module according to an embodiment of the present invention includes a nonvolatile memory, a volatile memory that is a cache memory of the nonvolatile memory, a controller configured to share a memory data line with the volatile memory and control the nonvolatile memory; and transmits a first write command and the first address to the volatile memory through a first bus in response to a module read command and a first address from an external device, and transmits a first read command and the first address through a second bus. 1 address to the controller, wherein the controller outputs first data from the nonvolatile memory through the memory data line in response to the first read command and the first address; The volatile memory may receive the first data through the memory data line and write the first data in response to the first write command and the first address.

실시 예로서, 상기 제1 데이터는 상기 메모리 데이터 라인을 통해 상기 외부 장치로 제공되는 것을 특징으로 한다.As an embodiment, the first data may be provided to the external device through the memory data line.

실시 예로서, 상기 모듈 컨트롤러는 상기 제1 읽기 커맨드 및 상기 제1 어드레스를 상기 제어기로 전송하고, 소정의 시간이 경과한 이후에, 상기 제1 쓰기 커맨드 및 상기 제1 어드레스를 상기 휘발성 메모리로 전송하는 것을 특징으로 한다.As an embodiment, the module controller transmits the first read command and the first address to the controller, and transmits the first write command and the first address to the volatile memory after a predetermined time has elapsed. It is characterized by doing.

본 발명의 일 실시 예에 따른 불휘발성 메모리 모듈은 불휘발성 메모리, 상기 불휘발성 메모리의 캐시 메모리인 휘발성 메모리, 상기 휘발성 메모리와 메모리 데이터 라인을 공유하고, 상기 불휘발성 메모리를 제어하도록 구성되는 제어기, 및 외부 장치로부터의 모듈 읽기 커맨드 및 제1 어드레스에 응답하여, 제1 버스를 통해 제1 읽기 커맨드 및 상기 제1 어드레스를 상기 휘발성 메모리로 전송하고, 제2 버스를 통해 상기 제어기로 제어하는 모듈 컨트롤러를 포함하고, 상기 휘발성 메모리는 상기 제1 읽기 커맨드 및 상기 제1 어드레스에 응답하여, 제1 데이터 및 제1 태그를 출력하고, 상기 제어기는 상기 제1 태그를 기반으로 상기 제1 데이터를 상기 불휘발성 메모리에 선택적으로 프로그램한다.A nonvolatile memory module according to an embodiment of the present invention includes a nonvolatile memory, a volatile memory that is a cache memory of the nonvolatile memory, a controller configured to share a memory data line with the volatile memory and control the nonvolatile memory; and a module controller for transmitting a first read command and the first address to the volatile memory through a first bus in response to a module read command and a first address from an external device, and controlling the module with the controller through a second bus. wherein the volatile memory outputs first data and a first tag in response to the first read command and the first address, and the controller converts the first data to the fire based on the first tag. Selectively program in volatile memory.

본 발명의 일 실시 예에 따른 메모리 시스템은 제1 메모리, 상기 제1 메모리의 캐시 메모리인 제2 메모리, 및 상기 제1 메모리 및 상기 제2 메모리와 데이터 버스를 공유하고, 상기 데이터 버스를 통해 상기 제1 및 제2 메모리들과 데이터를 교환하도록 구성되는 메모리 컨트롤러를 포함하고, 상기 제2 메모리는 상기 메모리 컨트롤러의 제어에 따라 캐시 정보를 출력하고, 상기 제1 메모리는 상기 캐시 정보를 기반으로 상기 제2 메모리로부터의 데이터를 선택적으로 프로그램하는 것을 특징으로 한다.A memory system according to an embodiment of the present invention shares a data bus with a first memory, a second memory that is a cache memory of the first memory, and the first memory and the second memory, and the data bus through the data bus. A memory controller configured to exchange data with first and second memories, the second memory outputs cache information under the control of the memory controller, and the first memory performs the cache information based on the cache information. It is characterized in that data from the second memory is selectively programmed.

실시 예로서, 상기 제1 메모리는 불휘발성 메모리 모듈이고, 상기 제2 메모리는 휘발성 메모리 모듈인 것을 특징으로 한다. As an embodiment, the first memory is a non-volatile memory module, and the second memory is a volatile memory module.

실시 예로서, 상기 제1 메모리는 상기 메모리 컨트롤러의 데이터에 따라 데이터를 출력하고, 상기 제2 메모리는 상기 메모리 컨트롤러의 제어에 따라 상기 제1 메모리로부터의 데이터를 선택적으로 기입하는 것을 특징으로 한다.As an embodiment, the first memory may output data according to data of the memory controller, and the second memory may selectively write data from the first memory according to control of the memory controller.

본 발명의 일 실시 예에 따른 메모리 시스템은 제1 메모리, 상기 제1 메모리의 캐시 메모리인 제2 메모리, 및 상기 제1 메모리 및 상기 제2 메모리와 데이터 버스를 공유하고, 상기 데이터 버스를 통해 상기 제1 및 제2 메모리들과 데이터를 교환하도록 구성되는 메모리 컨트롤러를 포함하고, 상기 메모리 컨트롤러는 상기 제2 메모리로부터의 캐시 정보를 기반으로 상기 제2 메모리로부터의 데이터를 상기 제1 메모리에 선택적으로 기입하는 것을 특징으로 한다.A memory system according to an embodiment of the present invention shares a data bus with a first memory, a second memory that is a cache memory of the first memory, and the first memory and the second memory, and the data bus through the data bus. and a memory controller configured to exchange data with first and second memories, wherein the memory controller selectively transfers data from the second memory to the first memory based on cache information from the second memory. It is characterized by writing.

본 발명에 따르면, 불휘발성 메모리 및 휘발성 메모리를 사용하여 대용량 및 고성능을 갖는 불휘발성 메모리 모듈이 제공된다. 불휘발성 메모리 모듈은 시스템의 주 메모리로써 사용되며, 이로 인하여 항샹된 성능 및 감소된 비용을 갖는 불휘발성 메모리 모듈 및 메모리 시스템이 제공된다. According to the present invention, a nonvolatile memory module having a large capacity and high performance using a nonvolatile memory and a volatile memory is provided. A non-volatile memory module is used as the main memory of the system, thereby providing a non-volatile memory module and memory system with improved performance and reduced cost.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 시스템을 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 불휘발성 메모리 모듈을 상세하게 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2의 불휘발성 메모리 모듈의 쓰기 동작을 보여주는 순서도이다.
도 4는 도 3의 동작 방법을 상세하게 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5는 도 2의 불휘발성 메모리 모듈(100)의 읽기 동작을 보여주는 순서도이다.
도 6은 도 5의 읽기 동작을 상세하게 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 7은 도 2의 불휘발성 메모리 모듈의 다른 읽기 동작을 보여주는 순서도이다.
도 8은 도 7의 읽기 동작을 상세하게 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 9는 도 2의 휘발성 메모리의 캐시 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 2의 불휘발성 메모리 모듈의 제어기의 동작을 보여주는 순서도이다.
도 11은 도 10에 도시된 동작 방법을 상세하게 설명하기 위한 블록도이다.
도 12는 도 10 및 도 11에 도시된 동작 방법을 상세하게 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 13은 도 11의 제어기의 다른 실시 예에 따른 동작을 보여주는 순서도이다.
도 14는 도 2의 불휘발성 메모리 모듈의 다른 동작을 보여주는 순서도이다.
도 15는 도 14의 동작을 상세하게 설명하기 위한 블록도이다.
도 16은 도 2의 불휘발성 메모리 모듈의 다른 예를 보여주는 블록도이다.
도 17은 도 16의 캐시 관리자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 도 16의 불휘발성 메모리 모듈의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 19는 도 2의 불휘발성 메모리 모듈의 다른 동작을 보여주는 순서도이다.
도 20은 도 19의 동작을 상세하게 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 21은 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 모듈에 포함된 불휘발성 메모리를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 22은 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 모듈의 불휘발성 메모리에 포함된 메모리 블록들 중 제1 메모리 블록을 예시적으로 보여주는 회로도이다.
도 23는 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 모듈의 휘발성 메모리를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 24는 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 모듈이 적용된 서버 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 25는 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 모듈이 적용된 사용자 시스템을 예시적으로 보여주는 블록도이다.
1 is a block diagram exemplarily showing a user system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the nonvolatile memory module of FIG. 1 in detail.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a write operation of the nonvolatile memory module of FIG. 2 .
4 is a timing diagram for explaining the operation method of FIG. 3 in detail.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a read operation of the nonvolatile memory module 100 of FIG. 2 .
6 is a timing diagram for explaining the read operation of FIG. 5 in detail.
7 is a flowchart illustrating another read operation of the nonvolatile memory module of FIG. 2 .
8 is a timing diagram for explaining the read operation of FIG. 7 in detail.
FIG. 9 is a diagram for explaining a cache structure of the volatile memory of FIG. 2 .
FIG. 10 is a flowchart illustrating the operation of a controller of the nonvolatile memory module of FIG. 2 .
FIG. 11 is a block diagram for explaining in detail the operating method shown in FIG. 10 .
12 is a timing diagram for explaining in detail the operation method shown in FIGS. 10 and 11 .
13 is a flowchart illustrating operations of the controller of FIG. 11 according to another embodiment.
14 is a flowchart showing other operations of the nonvolatile memory module of FIG. 2 .
15 is a block diagram for explaining the operation of FIG. 14 in detail.
16 is a block diagram showing another example of the nonvolatile memory module of FIG. 2 .
FIG. 17 is a diagram for explaining the operation of the cache manager of FIG. 16 .
FIG. 18 is a timing diagram for explaining the operation of the nonvolatile memory module of FIG. 16 .
19 is a flowchart showing other operations of the nonvolatile memory module of FIG. 2 .
20 is a timing diagram for explaining the operation of FIG. 19 in detail.
21 is a block diagram exemplarily showing a nonvolatile memory included in a nonvolatile memory module according to the present invention.
22 is a circuit diagram exemplarily showing a first memory block among memory blocks included in a nonvolatile memory of a nonvolatile memory module according to the present invention.
23 is a block diagram exemplarily showing a volatile memory of a nonvolatile memory module according to the present invention.
24 is a diagram exemplarily showing a server system to which a nonvolatile memory module according to the present invention is applied.
25 is a block diagram exemplarily showing a user system to which a nonvolatile memory module according to the present invention is applied.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들이 상세하게 설명된다. 이하의 설명에서, 상세한 구성들 및 구조들과 같은 세부적인 사항들은 단순히 본 발명의 실시 예들의 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공된다. 그러므로 본 발명의 기술적 사상 및 범위로부터의 벗어남 없이 본문에 기재된 실시 예들의 변형들은 당업자에 의해 수행될 수 있다. 더욱이, 잘 알려진 기능들 및 구조들에 대한 설명들은 명확성 및 간결성을 위하여 생략된다. 본문에서 사용된 용어들은 본 발명의 기능들을 고려하여 정의된 용어들이며, 특정 기능에 한정되지 않는다. 용어들의 정의는 상세한 설명에 기재된 사항을 기반으로 결정될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, details such as detailed configurations and structures are provided merely to facilitate a general understanding of embodiments of the present invention. Therefore, modifications of the embodiments described herein may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention. Moreover, descriptions of well-known functions and structures are omitted for clarity and conciseness. The terms used in the text are terms defined in consideration of the functions of the present invention, and are not limited to specific functions. Definitions of terms may be determined based on the details described in the detailed description.

이하의 도면들 또는 상세한 설명에서의 모듈들은 도면에 도시되거나 또는 상세한 설명에 기재된 구성 요소 이외에 다른 것들과 연결될 수 있다. 모듈들 또는 구성 요소들 사이의 연결은 각각 직접적 또는 비직접적일 수 있다. 모듈들 또는 구성 요소들 사이의 연결은 각각 통신에 의한 연결이거나 또는 물리적인 접속일 수 있다.Modules in the following drawings or detailed description may be connected with other components other than those shown in the drawings or described in the detailed description. Connections between modules or components may be direct or non-direct, respectively. The connection between the modules or components may be a communication connection or a physical connection, respectively.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 시스템을 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 사용자 시스템(10)은 불휘발성 메모리 모듈들(100), 프로세서(101), 칩셋(102), 그래픽 처리 유닛(103), 입출력 장치(104), 스토리지 장치(105)를 포함한다. 예시적으로, 사용자 시스템(10)은 컴퓨터, 노트북, 서버, 워크 스테이션, 휴대용 통신 단말기, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Media Player), 스마트폰, 또는 웨어러블(Wearable) 장치와 같은 컴퓨팅 시스템일 수 있다. 1 is a block diagram exemplarily showing a user system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , a user system 10 includes nonvolatile memory modules 100, a processor 101, a chipset 102, a graphics processing unit 103, an input/output device 104, and a storage device 105. include Illustratively, the user system 10 is a computing system such as a computer, a laptop computer, a server, a workstation, a portable communication terminal, a personal digital assistant (PDA), a portable media player (PMP), a smart phone, or a wearable device. can be

사용자 시스템(10)은 불휘발성 메모리 모듈(100), 프로세서(101), 칩셋(102), 그래픽 처리 유닛(103), 입출력 장치(104), 및 스토리지 장치(105)를 포함한다.The user system 10 includes a nonvolatile memory module 100 , a processor 101 , a chipset 102 , a graphics processing unit 103 , an input/output device 104 , and a storage device 105 .

프로세서(101)는 사용자 시스템(100)의 제반 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(101)는 사용자 시스템(100)에서 수행되는 다양한 연산을 수행하고, 데이터를 처리할 수 있다.The processor 101 may control overall operations of the user system 100 . The processor 101 may perform various operations performed in the user system 100 and process data.

불휘발성 메모리 모듈(100)은 프로세서(101)와 직접적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 듀얼 인-라인 메모리 모듈(DIMM; Dual In-line Memory Module) 형태를 가질 수 있고, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 프로세서(101)와 직접적으로 연결된 DIMM 소켓에 장착되어 프로세서(101)와 통신할 수 있다. 예시적으로, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 NVDIMM 프로토콜을 기반으로 프로세서(101)와 통신할 수 있다.The nonvolatile memory module 100 may be directly connected to the processor 101 . For example, the nonvolatile memory module 100 may have a dual in-line memory module (DIMM) form, and the nonvolatile memory module 100 is directly connected to the processor 101. It is installed in the DIMM socket and can communicate with the processor 101 . For example, the nonvolatile memory module 100 may communicate with the processor 101 based on the NVDIMM protocol.

불휘발성 메모리 모듈(100)은 프로세서(101)의 주 메모리 또는 동작 메모리로써 사용될 수 있다. 불휘발성 메모리 모듈(100)은 불휘발성 메모리 및 휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 불휘발성 메모리는 ROM (Read Only Memory), PROM (Programmable ROM), EPROM (Electrically Programmable ROM), EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리, PRAM (Phase-change RAM), MRAM (Magnetic RAM), RRAM (Resistive RAM), FRAM (Ferroelectric RAM) 등과 같이 전원 공급이 차단되어도 데이터가 소실되지 않는 메모리를 포함할 수 있다. 휘발성 메모리는 SRAM (Static RAM), DRAM (Dynamic RAM), SDRAM (Synchronous DRAM) 등과 같이 전원이 차단되면, 데이터가 소실되는 메모리를 포함할 수 있다.The nonvolatile memory module 100 may be used as a main memory or operating memory of the processor 101 . The nonvolatile memory module 100 may include nonvolatile memory and volatile memory. Non-volatile memory includes ROM (Read Only Memory), PROM (Programmable ROM), EPROM (Electrically Programmable ROM), EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM), flash memory, PRAM (Phase-change RAM), MRAM (Magnetic RAM), A memory such as a resistive RAM (RRAM) or a ferroelectric RAM (FRAM), in which data is not lost even when power supply is cut off, may be included. Volatile memory may include memory in which data is lost when power is cut off, such as static RAM (SRAM), dynamic RAM (DRAM), and synchronous DRAM (SDRAM).

예시적으로, 불휘발성 메모리 모듈(100)의 불휘발성 메모리는 사용자 시스템(10) 또는 프로세서(101)의 주 메모리(main memory)로써 사용되고, 휘발성 메모리는 사용자 시스템(10), 프로세서(101), 또는 불휘발성 메모리 모듈(100)의 캐시 메모리(cache memory)로써 사용될 수 있다.Exemplarily, the nonvolatile memory of the nonvolatile memory module 100 is used as a main memory of the user system 10 or the processor 101, and the volatile memory is used by the user system 10, the processor 101, Alternatively, it may be used as a cache memory of the nonvolatile memory module 100.

칩셋(102)은 프로세서(101)와 전기적으로 연결되고, 프로세서(101)의 제어에 따라 사용자 시스템(10)의 하드웨어를 제어할 수 있다. 예를 들어, 칩셋(102)은 주요 버스들을 통해 GPU(103), 입출력 장치(104), 및 스토리지 장치(105)와 각각 연결되고, 주요 버스들에 대한 브릿지 역할을 수행할 수 있다. The chipset 102 is electrically connected to the processor 101 and can control hardware of the user system 10 according to the control of the processor 101 . For example, the chipset 102 may be connected to the GPU 103 , the input/output device 104 , and the storage device 105 through main buses and serve as a bridge for the main buses.

GPU(103)는 사용자 시스템(10)의 영상 데이터를 출력하기 위한 일련의 연산 동작을 수행할 수 있다. 예시적으로, GPU(103)는 시스템-온-칩 형태로 프로세서(101) 내에 실장될 수 있다.The GPU 103 may perform a series of arithmetic operations to output image data of the user system 10 . Illustratively, the GPU 103 may be mounted in the processor 101 in the form of a system-on-chip.

입출력 장치(104)는 사용자 시스템(10)으로 데이터 또는 명령어를 입력하거나 또는 외부로 데이터를 출력하는 다양한 장치들을 포함한다. 예를 들어, 입출력 장치(104)는 키보드, 키패드, 버튼, 터치 패널, 터치 스크린, 터치 패드, 터치 볼, 카메라, 마이크, 자이로스코프 센서, 진동 센서, 압전 소자, 온도 센서, 생체 인식 센서 등과 같은 사용자 입력 장치들 및 LCD (Liquid Crystal Display), OLED (Organic Light Emitting Diode) 표시 장치, AMOLED (Active Matrix OLED) 표시 장치, LED, 스피커, 모터 등과 같은 사용자 출력 장치들을 포함할 수 있다.The input/output device 104 includes various devices that input data or commands to the user system 10 or output data to the outside. For example, the input/output device 104 may include a keyboard, keypad, button, touch panel, touch screen, touch pad, touch ball, camera, microphone, gyroscope sensor, vibration sensor, piezoelectric element, temperature sensor, biometric sensor, and the like. It may include user input devices and user output devices such as a liquid crystal display (LCD), an organic light emitting diode (OLED) display device, an active matrix OLED (AMOLED) display device, an LED, a speaker, a motor, and the like.

스토리지 장치(105)는 사용자 시스템(10)의 대용량 저장 매체로서 사용될 수 있다. 스토리지 장치(105)는 하드 디스크 드라이브, SSD, 메모리 카드, 메모리 스틱 등과 같은 대용량 저장 매체들을 포함할 수 있다.The storage device 105 can be used as a mass storage medium for the user system 10 . The storage device 105 may include mass storage media such as hard disk drives, SSDs, memory cards, and memory sticks.

도 2는 도 1의 불휘발성 메모리 모듈을 상세하게 보여주는 블록도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 모듈 컨트롤러(110)(모듈 컨트롤러; Ram Control Device), 이종 메모리 장치(120), 데이터 버퍼(130), 및 직렬 프레즌스 검출 칩(140)(SPD chip; Serial Presence Detect chip)을 포함한다.FIG. 2 is a block diagram showing the nonvolatile memory module of FIG. 1 in detail. 1 and 2, the nonvolatile memory module 100 includes a module controller 110 (module controller; Ram Control Device), a heterogeneous memory device 120, a data buffer 130, and a serial presence detection chip ( 140) (SPD chip; Serial Presence Detect chip).

모듈 컨트롤러(110)는 프로세서(101)로부터 커맨드/어드레스(CA)를 수신하고, 수신된 커맨드/어드레스(CA)에 응답하여 이종 메모리 장치(120)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 모듈 컨트롤러(110)는 프로세서(101)로부터의 커맨드/어드레스(CA)에 응답하여 커맨드/어드레스(CA_n) 및 커맨드/어드레스(CA_v)를 이종 메모리 장치(120)로 제공할 수 있다.The module controller 110 may receive a command/address CA from the processor 101 and control the heterogeneous memory device 120 in response to the received command/address CA. For example, the module controller 110 may provide the command/address CA_n and the command/address CA_v to the heterogeneous memory device 120 in response to the command/address CA from the processor 101. .

예시적으로, 커맨드/어드레스(CA_n)는 이종 메모리 장치(120)에 포함된 불휘발성 메모리(123)를 제어하기 위한 커맨드/어드레스이고, 커맨드/어드레스(CA_v)는 이종 메모리 장치(120)에 포함된 휘발성 메모리(121)를 제어하기 위한 커맨드/어드레스일 수 있다.For example, the command/address CA_n is a command/address for controlling the nonvolatile memory 123 included in the heterogeneous memory device 120, and the command/address CA_v is included in the heterogeneous memory device 120. may be a command/address for controlling the volatile memory 121.

이하에서, 간결한 설명을 위하여, 프로세서(101)로부터 제공되는 커맨드/어드레스(CA)는 '모듈 커맨드/어드레스'라 칭하고, 모듈 컨트롤러(110)로부터 휘발성 메모리(121)로 제공되는 커맨드/어드레스(CA_v)는 'VM(Volatile Memory) 커맨드/어드레스'라 칭하고, 모듈 컨트롤러(110)로부터 NVM 제어기(122)로 제공되는 커맨드/어드레스(CA_n)는 'NVM(Nonvolatile Memory) 커맨드/어드레스'라 칭한다.Hereinafter, for concise description, the command/address CA provided from the processor 101 is referred to as a 'module command/address', and the command/address CA_v provided from the module controller 110 to the volatile memory 121 ) is referred to as a 'Volatile Memory (VM) command/address', and the command/address (CA_n) provided from the module controller 110 to the NVM controller 122 is referred to as a 'Nonvolatile Memory (NVM) command/address'.

예시적으로, NVM 커맨드/어드레스(CA_n) 및 VM 커맨드/어드레스(CA_v)와 서로 다른 커맨드/어드레스 버스를 통해 제공될 수 있다.Illustratively, the NVM command/address CA_n and the VM command/address CA_v may be provided through a different command/address bus.

이종 메모리 장치(120)는 휘발성 메모리(121), NVM 제어기(122), 및 불휘발성 메모리(123)를 포함한다. 휘발성 메모리(121)는 모듈 컨트롤러(110)로부터의 VM 커맨드/어드레스(CA_v)에 응답하여 동작할 수 있다. 휘발성 메모리(121)는 VM 커맨드/어드레스(CA_v)에 응답하여 메모리 데이터 라인(MDQ) 및 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 데이터 및 태그(TAG)를 각각 출력할 수 있다. 휘발성 메모리(121)는 VM 커맨드/어드레스(CA_v)에 따라 메모리 데이터 라인(MDQ) 및 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 각각 수신된 데이터 및 태그를 기입할 수 있다.The heterogeneous memory device 120 includes a volatile memory 121 , an NVM controller 122 , and a nonvolatile memory 123 . The volatile memory 121 may operate in response to a VM command/address CA_v from the module controller 110 . The volatile memory 121 may output data and the tag TAG through the memory data line MDQ and the tag data line TDQ in response to the VM command/address CA_v. The volatile memory 121 may write data and tags respectively received through the memory data line MDQ and the tag data line TDQ according to the VM command/address CA_v.

NVM 제어기(122)는 모듈 컨트롤러(110)로부터의 NVM 커맨드/어드레스(CA_n)에 응답하여 동작할 수 있다. 예를 들어, NVM 제어기(122)는 모듈 컨트롤러(110)로부터의 NVM 커맨드/어드레스(CA_n)에 따라, 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 수신된 데이터를 불휘발성 메모리(123)에 프로그램하거나 또는 불휘발성 메모리(123)에 프로그램된 데이터를 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 출력할 수 있다.The NVM controller 122 may operate in response to the NVM command/address CA_n from the module controller 110 . For example, the NVM controller 122 programs data received through the memory data line MDQ into the nonvolatile memory 123 or nonvolatile memory 123 according to the NVM command/address CA_n from the module controller 110. Data programmed in the volatile memory 123 may be output through the memory data line MDQ.

NVM 제어기(122)는 불휘발성 메모리(123)를 제어하기 위한 다양한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, NVM 제어기(122)는 불휘발성 메모리(123)를 효율적으로 사용하기 위하여 가비지 콜렉션, 웨어 레벨링, 어드레스 변환 등과 같은 동작을 수행할 수 있다. 예시적으로, NVM 제어기(122)는 에러 정정 회로, 랜더마이져 등과 같은 구성 요소들을 더 포함할 수 있다.The NVM controller 122 may perform various operations for controlling the nonvolatile memory 123 . For example, the NVM controller 122 may perform operations such as garbage collection, wear leveling, and address conversion in order to efficiently use the nonvolatile memory 123 . Illustratively, the NVM controller 122 may further include elements such as an error correction circuit and a randomizer.

예시적으로, 휘발성 메모리(121) 및 NVM 제어기(122)는 서로 동일한 메모리 데이터 라인(MDQ)을 공유할 수 있다. For example, the volatile memory 121 and the NVM controller 122 may share the same memory data line MDQ.

예시적으로, 휘발성 메모리(121) 및 모듈 컨트롤러(110)는 태그 데이터 라인(TDQ)을 서로 공유할 수 있다. 또는 휘발성 메모리(121), NVM 제어기(122), 및 모듈 컨트롤러(110)는 태그 데이터 라인(TDQ)을 서로 공유할 수 있다. NVM 제어기(122)는 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 태그(TAG)를 출력할 수 있다.For example, the volatile memory 121 and the module controller 110 may share the tag data line TDQ with each other. Alternatively, the volatile memory 121 , the NVM controller 122 , and the module controller 110 may share the tag data line TDQ with each other. The NVM controller 122 may output the tag TAG through the tag data line TDQ.

데이터 버퍼(130)는 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 데이터를 수신하고, 수신된 데이터를 데이터 라인(DQ)을 통해 프로세서(101)로 제공할 수 있다. 또는 데이터 버퍼(130)는 데이터 라인(DQ)을 통해 데이터를 수신하고, 수신된 데이터를 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 출력할 수 있다. 예시적으로, 데이터 버퍼(130)는 모듈 컨트롤러(110)의 제어(예를 들어, 버퍼 커맨드(미도시))에 응답하여 동작할 수 있다. 예시적으로, 데이터 버퍼(130)는 메모리 데이터 라인(MDQ) 상의 신호 및 데이터 라인(DQ) 상의 신호를 구분하는 역할을 수행할 수 있다. 또는 데이터 버퍼(130)는 메모리 데이터 라인(MDQ) 및 데이터 라인(DQ) 사이의 신호를 차단하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 데이터 버퍼(130)에 의해 메모리 데이터 라인(MDQ)의 신호가 데이터 라인(DQ)에 영향을 미치지 않거나 또는 데이터 버퍼(130)에 의해 데이터 라인(DQ)의 신호가 메모리 데이터 라인(MDQ)의 신호에 영향을 미치지 않을 수 있다.The data buffer 130 may receive data through the memory data line MDQ and provide the received data to the processor 101 through the data line DQ. Alternatively, the data buffer 130 may receive data through the data line DQ and output the received data through the memory data line MDQ. Illustratively, the data buffer 130 may operate in response to control (eg, a buffer command (not shown)) of the module controller 110 . Illustratively, the data buffer 130 may serve to distinguish between a signal on the memory data line MDQ and a signal on the data line DQ. Alternatively, the data buffer 130 may serve to block a signal between the memory data line MDQ and the data line DQ. That is, the signal of the memory data line MDQ does not affect the data line DQ due to the data buffer 130 or the signal of the data line DQ due to the data buffer 130 affects the memory data line MDQ. signal may not be affected.

예시적으로, 메모리 데이터 라인(MDQ)은 불휘발성 메모리 모듈(100)에 포함된 구성 요소들(예를 들어, 휘발성 메모리, 불휘발성 메모리, 데이터 버퍼 등) 사이의 데이터 전송 경로일 수 있고, 데이터 라인(DQ)은 불휘발성 메모리 모듈(100) 및 프로세서(101) 사이의 데이터 전송 경로일 수 있다. 태그 데이터 라인(TDQ)은 태그(TAG)를 송수신하기 위한 전송 경로일 수 있다.Illustratively, the memory data line MDQ may be a data transmission path between components included in the nonvolatile memory module 100 (eg, a volatile memory, a nonvolatile memory, a data buffer, etc.), and data The line DQ may be a data transmission path between the nonvolatile memory module 100 and the processor 101 . The tag data line TDQ may be a transmission path for transmitting and receiving the tag TAG.

예시적으로, 메모리 데이터 라인(MDQ), 데이터 라인(DQ), 및 태그 데이터 라인(TDQ) 각각은 복수의 배선들을 포함할 수 있다. 또한, 비록 도면에 도시되지는 않았으나, 메모리 데이터 라인(MDQ), 데이터 라인(DQ), 및 태그 데이터 라인(TDQ) 각각은 메모리 데이터 스트로브 라인(MDQS), 데이터 스트로브 라인(DQS), 및 태그 데이터 스트로브 라인(TDQS)을 포함할 수 있다. 이하에서, 도면의 간결성을 위하여, 데이터 스트로브 라인(MDQS), 데이터 스트로브 라인(DQS), 및 태그 데이터 스트로브 라인(TDQS)의 참조 번호 및 구성은 생략된다. 그러나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 메모리 데이터 라인(MDQ), 데이터 라인(DQ), 및 태그 데이터 라인(TDQ)과 연결된 구성 요소들은 데이터 스트로브 라인(MDQS), 데이터 스트로브 라인(DQS), 및 태그 데이터 스트로브 라인(TDQS)의 신호에 동기하여 데이터 또는 태그를 송수신할 수 있다.For example, each of the memory data line MDQ, data line DQ, and tag data line TDQ may include a plurality of wires. In addition, although not shown in the drawing, the memory data line MDQ, data line DQ, and tag data line TDQ include a memory data strobe line MDQS, a data strobe line DQS, and a tag data line, respectively. A strobe line (TDQS) may be included. Hereinafter, for brevity of the drawing, reference numbers and configurations of the data strobe line MDQS, the data strobe line DQS, and the tag data strobe line TDQS are omitted. However, the scope of the present invention is not limited thereto, and components connected to the memory data line (MDQ), data line (DQ), and tag data line (TDQ) include a data strobe line (MDQS) and a data strobe line (DQS). ), and data or tags can be transmitted/received in synchronization with signals of the tag data strobe line (TDQS).

SPD(140)는 프로그램 가능 읽기 전용 기억 장치(EEPROM; Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)일 수 있다. SPD(140)는 불휘발성 메모리 모듈(100)의 초기 정보 또는 장치 정보(DI)를 포함할 수 있다. 예시적으로, SPD(140)는 불휘발성 메모리 모듈(100)의 모듈 형태, 모듈 구성, 저장 용량, 모듈 종류, 실행 환경 등과 같은 장치 정보(DI)를 포함할 수 있다. 불휘발성 메모리 모듈(100)이 포함된 사용자 시스템(10)이 부팅될 때, 프로세서(101)는 SPD(140)로부터 장치 정보(DI)를 읽고, 이를 기반으로 불휘발성 메모리 모듈(100)을 인식할 수 있다. 프로세서(101)는 SPD(140)로부터 읽은 장치 정보(DI)를 기반으로, 불휘발성 메모리 모듈(100)을 제어할 수 있다.The SPD 140 may be an Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM). The SPD 140 may include initial information or device information DI of the nonvolatile memory module 100 . For example, the SPD 140 may include device information DI such as the module type, module configuration, storage capacity, module type, and execution environment of the nonvolatile memory module 100 . When the user system 10 including the nonvolatile memory module 100 is booted, the processor 101 reads the device information DI from the SPD 140 and recognizes the nonvolatile memory module 100 based on this. can do. The processor 101 may control the nonvolatile memory module 100 based on device information DI read from the SPD 140 .

이하에서, 간결한 설명을 위하여, 휘발성 메모리(121)는 DRAM인 것으로 가정하고, 불휘발성 메모리(123)는 낸드 플래시 메모리인 것으로 가정한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 휘발성 메모리(121)는 다른 종류의 랜덤 액세스 메모리를 포함할 수 있고, 불휘발성 메모리(123)는 다른 종류의 불휘발성 메모리 장치들을 포함할 수 있다.Hereinafter, for concise description, it is assumed that the volatile memory 121 is a DRAM and the nonvolatile memory 123 is a NAND flash memory. However, the scope of the present invention is not limited thereto, and the volatile memory 121 may include other types of random access memories, and the nonvolatile memory 123 may include other types of nonvolatile memory devices. .

예시적으로, 휘발성 메모리(121)는 복수의 휘발성 메모리 칩들을 포함할 수 있고, 각 휘발성 메모리 칩들은 별도의 칩, 별도의 패키지 등으로 구현될 수 있다. 각 휘발성 메모리 칩들은 서로 다른 메모리 데이터 라인들 또는 태그 데이터 라인을 통해 모듈 컨트롤러(110) 또는 NVM 제어기(122)와 연결될 수 있다. For example, the volatile memory 121 may include a plurality of volatile memory chips, and each volatile memory chip may be implemented as a separate chip or a separate package. Each of the volatile memory chips may be connected to the module controller 110 or the NVM controller 122 through different memory data lines or tag data lines.

예시적으로, 프로세서(101)는 불휘발성 메모리 모듈(100)의 불휘발성 메모리(123)를 메인 메모리로써 사용할 수 있다. 즉, 프로세서(101)는 불휘발성 메모리(123)의 저장 공간을 메인 메모리 영역으로 인식할 수 있다. 휘발성 메모리(121)는 프로세서(101) 및 불휘발성 메모리(123)의 캐시 메모리로써 동작할 수 있다. 예시적으로, 휘발성 메모리(121)는 후 기입 캐시(write-back cache)로 사용될 수 있다. 즉, 프로세서(101)로부터의 모듈 커맨드/어드레스(CA)에 응답하여 모듈 컨트롤러(110)는 캐시 히트 또는 캐시 미스를 판별하고, 판별 결과에 따라 휘발성 메모리(121) 또는 불휘발성 메모리(123)를 제어할 수 있다. For example, the processor 101 may use the nonvolatile memory 123 of the nonvolatile memory module 100 as a main memory. That is, the processor 101 may recognize the storage space of the nonvolatile memory 123 as a main memory area. The volatile memory 121 may operate as a cache memory of the processor 101 and the nonvolatile memory 123 . For example, the volatile memory 121 may be used as a write-back cache. That is, in response to the module command/address (CA) from the processor 101, the module controller 110 determines a cache hit or a cache miss, and the volatile memory 121 or the nonvolatile memory 123 is transferred according to the determination result. You can control it.

예시적으로, 캐시 히트는 프로세서(101)로부터 수신된 모듈 커맨드/어드레스(CA)와 대응되는 데이터가 휘발성 메모리(121)에 저장되어 있는 경우를 가리킨다. 캐시 미스는 프로세서(101)로부터 수신된 모듈 커맨드/어드레스(CA)와 대응되는 데이터가 휘발성 메모리(121)에 저장되어 있지 않은 경우를 가리킨다. Exemplarily, a cache hit refers to a case in which data corresponding to a module command/address (CA) received from the processor 101 is stored in the volatile memory 121 . A cache miss refers to a case where data corresponding to the module command/address CA received from the processor 101 is not stored in the volatile memory 121 .

예시적으로, 모듈 컨트롤러(110)는 태그(TAG)를 기반으로 캐시 히트 또는 캐시 미스 여부를 판별할 수 있다. 모듈 컨트롤러(110)는 프로세서(101)로부터 수신된 모듈 커맨드/어드레스(CA) 및 태그(TAG)를 비교함으로써 캐시 히트 또는 캐시 미스 여부를 판별할 수 있다.Illustratively, the module controller 110 may determine whether a cache hit or a cache miss is based on the tag TAG. The module controller 110 may determine whether there is a cache hit or a cache miss by comparing the module command/address (CA) and the tag (TAG) received from the processor 101 .

예시적으로, 태그(TAG)는 휘발성 메모리(121)에 저장된 데이터와 대응되는 어드레스(address)의 일부를 포함할 수 있다. 예시적으로, 모듈 컨트롤러(110)는 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 휘발성 메모리(121)와 태그(TAG)를 주고 받을 수 있다. 예시적으로, 휘발성 메모리(121)에 데이터가 기입될 때, 모듈 컨트롤러(110)의 제어에 따라, 데이터와 대응되는 태그(TAG)가 휘발성 메모리(121)에 함께 기입될 수 있다. For example, the tag TAG may include a part of an address corresponding to data stored in the volatile memory 121 . Illustratively, the module controller 110 may exchange a tag TAG with the volatile memory 121 through the tag data line TDQ. For example, when data is written in the volatile memory 121 , a tag corresponding to the data may be written in the volatile memory 121 together under the control of the module controller 110 .

예시적으로, 휘발성 메모리(121) 및 불휘발성 메모리(123)는 n:1(단, n은 자연수)의 직접 사상(direct mapping) 관계를 가질 수 있다. 즉, 휘발성 메모리(121)는 불휘발성 메모리(123)의 직접 사상 캐시(direct mapped cache)일 수 있다. 예를 들어, 휘발성 메모리(121)의 제1 휘발성 저장 영역은 불휘발성 메모리(123)의 제1 내지 제n 불휘발성 저장 영역들과 대응될 수 있다. 이 때, 제1 휘발성 저장 영역 및 제1 내지 제n 불휘발성 저장 영역들 각각은 서로 동일한 크기일 수 있다. 예시적으로, 제1 휘발성 저장 영역은 부가 정보(예를 들어, 태그, ECC, 더티 정보 등)를 저장하기 위한 영역을 더 포함할 수 있다.For example, the volatile memory 121 and the nonvolatile memory 123 may have a direct mapping relationship of n:1 (where n is a natural number). That is, the volatile memory 121 may be a direct mapped cache of the nonvolatile memory 123 . For example, the first volatile storage area of the volatile memory 121 may correspond to the first to nth nonvolatile storage areas of the nonvolatile memory 123 . In this case, each of the first volatile storage area and the first to nth nonvolatile storage areas may have the same size as each other. Exemplarily, the first volatile storage area may further include an area for storing additional information (eg, tag, ECC, dirty information, etc.).

비록 도면에 도시되지는 않았으나, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 별도의 메모리(미도시)를 더 포함할 수 있다. 별도의 메모리(미도시)는 NVM 제어기(122)에서 사용되는 데이터, 프로그램, 소프트웨어 등과 같은 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 별도의 메모리는 NVM 제어기(122)에 의해 관리되는 매핑 테이블, FTL 등과 같은 정보를 저장할 수 있다. 또는 별도의 메모리는 불휘발성 메모리(123)로부터 읽은 데이터 또는 불휘발성 메모리(123)에 저장될 데이터를 임시 저장하기 위한 버퍼 메모리일 수 있다.Although not shown in the drawing, the nonvolatile memory module 100 may further include a separate memory (not shown). A separate memory (not shown) may store information such as data, programs, and software used in the NVM controller 122 . For example, a separate memory may store information such as a mapping table managed by the NVM controller 122 and FTL. Alternatively, the separate memory may be a buffer memory for temporarily storing data read from the nonvolatile memory 123 or data to be stored in the nonvolatile memory 123 .

이하에서, 도 3 내지 도 8을 참조하여, 불휘발성 메모리 모듈(100)의 쓰기 동작 및 읽기 동작이 상세하게 설명된다. 이하에서, 간결한 설명을 위하여, 휘발성 메모리(121)와 연관된 구성 요소들(예를 들어, 데이터, 태그, 커맨드/어드레스 등)은 '_v'의 참조 기호를 사용하여 표현된다. 예를 들어, 휘발성 메모리(121)를 제어하기 위하여 모듈 컨트롤러(110)로부터 출력되는 VM 커맨드/어드레스는 'CA_v'로 표현되고, 모듈 컨트롤러(110)의 제어에 따라 휘발성 메모리(121)로부터 출력되는 데이터는 'DT_v'로 표현된다. 좀 더 상세하게는, 휘발성 메모리(121)에 데이터를 기입하기 위한 VM 쓰기 커맨드는 'WR_v'로 표현되고, 휘발성 메모리(121)로부터 데이터를 읽기 위한 VM 읽기 커맨드는 'RD_v'로 표현된다.Hereinafter, a write operation and a read operation of the nonvolatile memory module 100 will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 8 . Hereinafter, for concise description, components related to the volatile memory 121 (eg, data, tags, commands/addresses, etc.) are expressed using a reference symbol of '_v'. For example, a VM command/address output from the module controller 110 to control the volatile memory 121 is expressed as 'CA_v', and output from the volatile memory 121 under the control of the module controller 110 Data is expressed as 'DT_v'. More specifically, a VM write command for writing data into the volatile memory 121 is expressed as 'WR_v', and a VM read command for reading data from the volatile memory 121 is expressed as 'RD_v'.

마찬가지로, 불휘발성 메모리(123)와 연관된 구성 요소들(예를 들어, 데이터, 태그, 커맨드/어드레스 등)은 '_n'의 참조 기호를 사용하여 표현된다. 예를 들어, 불휘발성 메모리(123)를 제어하기 위하여 모듈 컨트롤러(110)로부터 출력되는 NVM 커맨드/어드레스는 'CA_n'로 표현되고, 모듈 컨트롤러(110)의 제어에 따라 불휘발성 메모리(121)로부터 출력되는 데이터는 'DT_n'로 표현된다. 좀 더 상세하게는, 불휘발성 메모리(123)에 데이터를 기입하기 위한 NVM 쓰기 커맨드는 'WR_n'으로 표현되고, 불휘발성 메모리(123)로부터 데이터를 읽기 위한 NVM 읽기 커맨드는 'RD_n'으로 표현된다.Similarly, components related to the nonvolatile memory 123 (eg, data, tags, commands/addresses, etc.) are expressed using a reference symbol of '_n'. For example, an NVM command/address output from the module controller 110 to control the nonvolatile memory 123 is expressed as 'CA_n', and is transmitted from the nonvolatile memory 121 under the control of the module controller 110. The output data is expressed as 'DT_n'. More specifically, an NVM write command for writing data into the nonvolatile memory 123 is expressed as 'WR_n', and an NVM read command for reading data from the nonvolatile memory 123 is expressed as 'RD_n'. .

도 3은 도 2의 불휘발성 메모리 모듈의 쓰기 동작을 보여주는 순서도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, S11 단계에서, 프로세서(101)는 불휘발성 메모리 모듈(100)로 모듈 쓰기 커맨드 및 어드레스(WR, ADD)를 전송한다. 예를 들어, 프로세서(101)는 불휘발성 메모리 모듈(100)에 쓰기 데이터(DT_w)를 기입하기 위하여 모듈 쓰기 커맨드 및 어드레스(WR, ADD)를 불휘발성 메모리 모듈(100)로 전송한다. 예시적으로, 모듈 쓰기 커맨드 및 어드레스(WR, ADD)는 쓰기 데이터(DT_w)에 대응하는 어드레스(ADD)를 포함할 수 있다. 쓰기 데이터에 대응하는 어드레스(ADD)는 불휘발성 메모리 모듈(100)의 저장 공간, 즉, 불휘발성 메모리(123)의 저장 공간 중 일부에 대응하는 논리적 어드레스, 메모리 어드레스일 수 있다.FIG. 3 is a flowchart illustrating a write operation of the nonvolatile memory module of FIG. 2 . Referring to FIGS. 1 to 3 , in step S11 , the processor 101 transmits a module write command and addresses WR and ADD to the nonvolatile memory module 100 . For example, the processor 101 transmits a module write command and addresses WR and ADD to the nonvolatile memory module 100 to write write data DT_w in the nonvolatile memory module 100 . For example, the module write command and addresses WR and ADD may include an address ADD corresponding to the write data DT_w. The address ADD corresponding to the write data may be a logical address or a memory address corresponding to a part of the storage space of the nonvolatile memory module 100 , that is, the storage space of the nonvolatile memory 123 .

S12 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 수신된 모듈 쓰기 커맨드 및 어드레스(WR, ADD)에 응답하여 휘발성 메모리(121)에 대한 읽기 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 휘발성 메모리(121)의 영역 중 수신된 어드레스(ADD) 또는 수신된 어드레스(ADD)의 일부와 대응되는 영역에서 데이터 및 태그(TAG)를 읽을 수 있다. 예시적으로, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 읽은 태그(TAG) 및 어드레스(ADD)를 비교함으로써 캐시 히트 또는 캐시 미스 여부를 판별할 수 있다.In step S12 , the nonvolatile memory module 100 may perform a read operation on the volatile memory 121 in response to the received module write command and addresses WR and ADD. For example, the nonvolatile memory module 100 may read data and a tag TAG from an area corresponding to the received address ADD or a part of the received address ADD among the areas of the volatile memory 121 . . Exemplarily, the nonvolatile memory module 100 may determine whether a cache hit or a cache miss occurs by comparing the read tag TAG and the address ADD.

S13 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 S12 단계의 읽기 동작의 결과를 기반으로 플러시 동작을 선택적으로 수행할 수 있다. 예를 들어, S12 단계의 읽기 동작의 결과가 캐시 미스를 가리키는 경우, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 휘발성 메모리(121)로부터 읽은 데이터가 불휘발성 메모리(123)에 저장되도록 플러시 동작을 수행할 수 있다. 예시적으로, 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 불휘발성 메모리(123)를 제어하는 NVM 제어기(122) 및 휘발성 메모리(121)는 메모리 데이터 라인(MDQ)을 공유한다. 즉, 휘발성 메모리(121)로부터 읽은 데이터에 의해 메모리 데이터 라인(MDQ)의 전압이 구동될 경우, 불휘발성 메모리(123)를 제어하는 NVM 제어기(122)는 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 휘발성 메모리(121)로부터 읽은 데이터를 수신(또는 감지)할 수 있다. NVM 제어기(122)는 수신된 데이터를 불휘발성 메모리(123)에 프로그램할 수 있다.In step S13, the nonvolatile memory module 100 may selectively perform a flush operation based on the result of the read operation in step S12. For example, when the result of the read operation in step S12 indicates a cache miss, the nonvolatile memory module 100 may perform a flush operation so that data read from the volatile memory 121 is stored in the nonvolatile memory 123. there is. Illustratively, as described with reference to FIG. 2 , the NVM controller 122 that controls the nonvolatile memory 123 and the volatile memory 121 share a memory data line MDQ. That is, when the voltage of the memory data line MDQ is driven by data read from the volatile memory 121, the NVM controller 122 that controls the nonvolatile memory 123 outputs the volatile memory through the memory data line MDQ. Data read from (121) can be received (or sensed). The NVM controller 122 may program the received data into the nonvolatile memory 123 .

예시적으로, S12 단계의 읽기 동작의 결과가 캐시 히트를 가리키는 경우, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 플러시 동작을 수행하지 않을 수 있다. 또는 S12 단계의 읽기 동작의 결과가 캐시 히트를 가리키고, 읽은 데이터가 더티 데이터(dirty data)인 경우, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 플러시 동작을 수행할 수 있다.For example, when the result of the read operation of step S12 indicates a cache hit, the nonvolatile memory module 100 may not perform a flush operation. Alternatively, when the result of the read operation of step S12 indicates a cache hit and the read data is dirty data, the nonvolatile memory module 100 may perform a flush operation.

예시적으로, 불휘발성 메모리 모듈(100)의 플러시 동작, 캐시 히트 또는 캐시 미스 판별, 더티 데이터 판별과 같은 동작들은 NVM 제어기(122)에 의해 수행될 수 있다.Illustratively, operations such as a flush operation of the nonvolatile memory module 100 , cache hit or cache miss determination, and dirty data determination may be performed by the NVM controller 122 .

S14 단계에서, 프로세서(101)는 불휘발성 메모리 모듈(100)로 쓰기 데이터(DT_w)를 전송할 수 있다. 예시적으로, S11 단계로부터 미리 정해진 시간이 경과한 이후에, S14 단계의 동작이 수행될 수 있다. 즉, 프로세서(101)는 모듈 쓰기 커맨드 및 어드레스(WR, ADD)를 전송하고, 미리 정해진 시간이 경과한 이후에, 불휘발성 메모리 모듈(100)로 쓰기 데이터(DT_w)를 전송할 수 있다. 이 때, 미리 정해진 시간은 쓰기 레이턴시(WL; Write Latency)일 수 있다. 예시적으로, 쓰기 레이턴시(WL)는 불휘발성 메모리 모듈(100)의 동작 특성에 따라 미리 정해진 시간 또는 클럭 주기일 수 있다. 쓰기 레이턴시(WL)에 대한 정보는 SPD(140)에 저장되고, 장치 정보(DI)로써 프로세서(101)로 제공될 수 있다. 프로세서(101)는 장치 정보(DI)를 기반으로 쓰기 데이터(DT_w)를 전송할 수 있다.In step S14 , the processor 101 may transmit write data DT_w to the nonvolatile memory module 100 . Illustratively, after a predetermined time has elapsed from step S11, the operation of step S14 may be performed. That is, the processor 101 may transmit the module write command and addresses WR and ADD, and may transmit the write data DT_w to the nonvolatile memory module 100 after a predetermined time elapses. In this case, the predetermined time may be write latency (WL). For example, the write latency (WL) may be a predetermined time or clock period according to the operating characteristics of the nonvolatile memory module 100 . Information on the write latency (WL) may be stored in the SPD 140 and provided to the processor 101 as device information (DI). The processor 101 may transmit write data DT_w based on the device information DI.

S15 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 수신된 쓰기 데이터(DT_w)를 휘발성 메모리(121) 또는 불휘발성 메모리(133)에 기입 또는 프로그램할 수 있다.In step S15 , the nonvolatile memory module 100 may write or program the received write data DT_w into the volatile memory 121 or the nonvolatile memory 133 .

도 4는 도 3의 동작 방법을 상세하게 설명하기 위한 타이밍도이다. 예시적으로, 본 발명의 기술적 사상이 커맨드, 어드레스, 데이터, 태그 등의 크기 및 타이밍은 도 4에 도시된 타이밍도에 국한되는 것은 아니다. 4 is a timing diagram for explaining the operation method of FIG. 3 in detail. By way of example, the size and timing of commands, addresses, data, tags, etc. of the technical concept of the present invention are not limited to the timing diagram shown in FIG. 4 .

도 1 내지 도 4를 참조하면, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 프로세서(101)로부터 모듈 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR, ADD1)를 수신한다. 불휘발성 메모리 모듈(100)의 모듈 컨트롤러(110)는 수신된 모듈 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR, ADD1)에 응답하여, NVM 커맨드/어드레스(CA_n) 및 VM 메모리 커맨드/어드레스(CA_n)를 출력할 수 있다. 이 때, NVM 커맨드/어드레스(CA_n)는 NVM 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR_v, ADD1)를 포함하고, VM 커맨드/어드레스(CA_v)는 VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v, ADD1) 및 VM 쓰기 커맨드, 제1 어드레스(WR_v, ADD1)를 포함할 수 있다. 1 to 4 , the nonvolatile memory module 100 receives a module write command and first addresses WR and ADD1 from the processor 101 . The module controller 110 of the nonvolatile memory module 100 outputs an NVM command/address CA_n and a VM memory command/address CA_n in response to the received module write command and the first addresses WR and ADD1. can do. At this time, the NVM command/address CA_n includes an NVM write command and first addresses WR_v and ADD1, and the VM command/address CA_v includes a VM read command, first addresses RD_v and ADD1, and VM write It may include a command and a first address (WR_v, ADD1).

불휘발성 메모리 모듈(100)의 휘발성 메모리(121)는 VM 읽기 커맨드(RD_v)에 응답하여 휘발성 메모리(121)의 영역 중 제1 어드레스(ADD1)와 대응되는 영역에 저장된 데이터(DT_v) 및 태그(TAG_v)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명된 바와 같이, 휘발성 메모리(121)는 데이터(DT_v)를 기반으로 메모리 데이터 라인(MDQ)의 전압을 구동함으로써, 메모리 데이터 라인(MD 통해 데이터(DT_v)를 출력할 수 있다. 휘발성 메모리(121)는 태그(TAG)를 기반으로 태그 데이터 라인(TDQ)의 전압을 구동함으로써, 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 태그(TAG)를 출력할 수 있다.In response to the VM read command RD_v, the volatile memory 121 of the nonvolatile memory module 100 stores data DT_v and tags stored in an area of the volatile memory 121 corresponding to the first address ADD1. TAG_v) can be output. For example, as described above, the volatile memory 121 may output the data DT_v through the memory data line MD by driving the voltage of the memory data line MDQ based on the data DT_v. The volatile memory 121 may output the tag TAG through the tag data line TDQ by driving the voltage of the tag data line TDQ based on the tag TAG.

프로세서(101)는 데이터 라인(DQ)을 통해 쓰기 데이터(DT_w)를 출력할 수 있다. 불휘발성 메모리 모듈(100)은 데이터 라인(DQ)을 통해 수신된 쓰기 데이터(DT_w)를 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 휘발성 메모리(121) 또는 NVM 제어기(122)로 제공하고, 쓰기 데이터(DT_w)(또는 제1 어드레스(ADD1))와 대응되는 태그(TAG_w)를 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 휘발성 메모리(121)로 제공할 수 있다. 휘발성 메모리(121) 또는 NVM 제어기(122)는 수신된 신호들을 기반으로 쓰기 동작 또는 프로그램 동작을 수행할 수 있다.The processor 101 may output write data DT_w through the data line DQ. The nonvolatile memory module 100 provides the write data DT_w received through the data line DQ to the volatile memory 121 or the NVM controller 122 through the memory data line MDQ, and write data DT_w ) (or the first address ADD1) and the corresponding tag TAG_w may be provided to the volatile memory 121 through the tag data line TDQ. The volatile memory 121 or the NVM controller 122 may perform a write operation or a program operation based on the received signals.

비록 도면에 도시되지는 않았으나, 휘발성 메모리(121)로부터 읽은 태그(TAG_v)에 따라 플러시 동작이 선택적으로 수행될 수 있다. Although not shown, a flush operation may be selectively performed according to the tag TAG_v read from the volatile memory 121 .

도 5는 도 2의 불휘발성 메모리 모듈(100)의 읽기 동작을 보여주는 순서도이다. 도 1, 도 2, 및 도 5를 참조하면, S21 단계에서, 프로세서(101)는 불휘발성 메모리 모듈(100)로 모듈 읽기 커맨드 및 어드레스(RD, ADD)를 전송한다. FIG. 5 is a flowchart illustrating a read operation of the nonvolatile memory module 100 of FIG. 2 . Referring to FIGS. 1, 2, and 5 , in step S21, the processor 101 transmits a module read command and addresses RD and ADD to the nonvolatile memory module 100.

S21 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 모듈 읽기 커맨드 및 어드레스(RD, ADD)에 응답하여, 휘발성 메모리(121)에 대한 읽기 동작을 수행한다. 예를 들어, 모듈 읽기 커맨드 및 어드레스(RD, ADD)는 불휘발성 메모리 모듈(100)에 저장된 데이터를 읽기 위한 읽기 커맨드 및 읽기 데이터에 대응하는 읽기 어드레스를 포함할 수 있다. 불휘발성 메모리 모듈(100)은 휘발성 메모리(121)의 영역 중 읽기 어드레스와 대응하는 영역에 저장된 데이터 및 태그를 읽을 수 있다.In step S21 , the nonvolatile memory module 100 performs a read operation on the volatile memory 121 in response to the module read command and addresses RD and ADD. For example, the module read commands and addresses RD and ADD may include a read command for reading data stored in the nonvolatile memory module 100 and a read address corresponding to the read data. The nonvolatile memory module 100 may read data and tags stored in an area corresponding to a read address among areas of the volatile memory 121 .

S22 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 읽기 결과를 기반으로 캐시 히트 또는 캐시 미스를 판별할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 태그(TAG)는 어드레스의 일부 정보를 포함한다. 불휘발성 메모리 모듈(100)은 수신된 읽기 어드레스 및 태그(TAG)를 비교함으로써 캐시 히트 또는 캐시 미스를 판별할 수 있다. 수신된 어드레스의 일부와 태그(TAG)가 일치하는 경우, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 캐시 히트로 판별하고, 수신된 어드레스의 일부와 태그(TAG)가 일치하지 않는 경우, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 캐시 미스로 판별한다.In step S22, the nonvolatile memory module 100 may determine a cache hit or cache miss based on the read result. As described above, a tag (TAG) contains some information of an address. The nonvolatile memory module 100 may determine a cache hit or cache miss by comparing the received read address and the tag (TAG). When part of the received address and the tag TAG match, the nonvolatile memory module 100 determines it as a cache hit, and when the part of the received address and the tag TAG do not match, the nonvolatile memory module 100 ( 100) is determined as a cache miss.

예시적으로, 캐시 미스로 판별된 경우의 읽기 동작은 도 7 및 도 8을 참조하여 설명된다.By way of example, a read operation when it is determined as a cache miss will be described with reference to FIGS. 7 and 8 .

캐시 히트로 판별된 경우, S24 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 휘발성 메모리(121)로부터 읽은 데이터 및 캐시 정보(INFO)를 프로세서(101)로 전송한다. 캐시 정보(INFO)는 출력되는 데이터가 캐시 히트인지 또는 캐시 미스인지에 대한 정보를 포함한다. 프로세서(101)는 캐시 정보(INFO)를 통해 수신된 데이터(DT_v)가 유효한 데이터인지 판별할 수 있다. 즉, 불휘발성 메모리 모듈(100)이 캐시 히트(H)에 대한 정보를 캐시 정보(INFO)로써 제공함으로써 프로세서(101)는 수신된 데이터가 유효한 데이터인 것을 인지할 수 있다.When it is determined as a cache hit, the nonvolatile memory module 100 transmits data read from the volatile memory 121 and cache information (INFO) to the processor 101 in step S24. The cache information INFO includes information on whether output data is a cache hit or a cache miss. The processor 101 may determine whether the data DT_v received through the cache information INFO is valid data. That is, since the nonvolatile memory module 100 provides information on the cache hit H as the cache information INFO, the processor 101 can recognize that the received data is valid data.

예시적으로, S21 단계로부터 미리 정해진 시간이 경과한 이후에 S24 단계의 동작이 수행될 수 있다. 즉, 프로세서(101)가 모듈 읽기 커맨드 및 어드레스(RD, ADD)를 전송하고, 미리 정해진 시간이 경과한 이후에, 불휘발성 메모리 모듈(100)로부터 읽기 데이터가 수신될 것이다. 이 때, 미리 정해진 시간은 읽기 레이턴시(RL; Read Latency)일 수 있다. 읽기 레이턴시(RL)는 불휘발성 메모리 모듈(100)의 동작 특성에 따라 미리 정해진 시간 또는 클럭 주기일 수 있다. 읽기 레이턴시(RL)에 대한 정보는 SPD(140)에 저장되고, 장치 정보(DI)로써 프로세서(101)로 제공될 수 있다. 프로세서(101)는 읽기 레이턴시(RL)를 기반으로 불휘발성 메모리 모듈을 제어할 수 잇다.Illustratively, the operation of step S24 may be performed after a predetermined time has elapsed from step S21. That is, read data may be received from the nonvolatile memory module 100 after the processor 101 transmits the module read command and the addresses RD and ADD and a predetermined time elapses. At this time, the predetermined time may be read latency (RL). The read latency RL may be a predetermined time or a clock cycle according to operating characteristics of the nonvolatile memory module 100 . Information on the read latency (RL) may be stored in the SPD 140 and provided to the processor 101 as device information (DI). The processor 101 may control the nonvolatile memory module based on read latency (RL).

도 6은 도 5의 읽기 동작을 상세하게 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 1, 도 2, 도 5, 및 도 6을 참조하면, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 프로세서(101)로부터 모듈 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD, ADD1)를 수신하고, 수신된 신호에 응답하여 NVM 커맨드/어드레스(CA_n) 및 VM 커맨드/어드레스(CA_v)를 출력한다. 이 때, NVM 커맨드/어드레스(CA_n)는 불휘발성 메모리(123)에 저장된 데이터를 읽기 위한 NVM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_n, ADD1)를 포함할 수 있다. VM 커맨드/어드레스(CA_v)는 휘발성 메모리(121)에 저장된 데이터를 읽기 위한 VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v, ADD1)를 포함할 수 있다.6 is a timing diagram for explaining the read operation of FIG. 5 in detail. Referring to FIGS. 1, 2, 5, and 6 , the nonvolatile memory module 100 receives a module read command and first addresses RD and ADD1 from the processor 101, and responds to the received signals. to output the NVM command/address (CA_n) and the VM command/address (CA_v). At this time, the NVM command/address CA_n may include an NVM read command for reading data stored in the nonvolatile memory 123 and first addresses RD_n and ADD1. The VM command/address CA_v may include a VM read command for reading data stored in the volatile memory 121 and first addresses RD_v and ADD1.

휘발성 메모리(121)는 VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v, ADD1)에 응답하여, 휘발성 메모리(121)의 영역 중 제1 어드레스(ADD1)와 대응되는 영역에 저장된 데이터(DT_v) 및 태그(TAG_v)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명된 바와 같이, 휘발성 메모리(121)는 데이터(DT_v)를 기반으로 메모리 데이터 라인(MDQ)의 전압을 구동함으로써, 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 데이터(DT_v)를 출력할 수 있다. 휘발성 메모리(121)는 태그(TAG_v)를 기반으로 태그 데이터 라인(TDQ)의 전압을 구동함으로써, 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 태그(TAG_v)를 출력할 수 있다.In response to the VM read command and the first addresses RD_v and ADD1, the volatile memory 121 stores data DT_v and tags TAG_v stored in an area corresponding to the first address ADD1 among areas of the volatile memory 121. ) can be output. For example, as described above, the volatile memory 121 outputs the data DT_v through the memory data line MDQ by driving the voltage of the memory data line MDQ based on the data DT_v. can The volatile memory 121 may output the tag TAG_v through the tag data line TDQ by driving the voltage of the tag data line TDQ based on the tag TAG_v.

모듈 컨트롤러(110)는 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 태그(TAG_v)를 수신하고, 수신된 태그(TAG_v) 및 제1 어드레스(ADD1)를 비교함으로써 캐시 히트인지 또는 캐시 미스인지 판별할 수 있다.The module controller 110 may receive the tag TAG_v through the tag data line TDQ and compare the received tag TAG_v with the first address ADD1 to determine whether it is a cache hit or a cache miss.

캐시 히트인 경우, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 휘발성 메모리(131)로부터 읽은 데이터(DT_v)를 데이터 라인(DQ)을 통해 출력하고, 캐시 히트(H) 정보를 포함하는 캐시 정보(INFO)를 출력할 수 있다. 프로세서(101)는 캐시 히트(H) 정보를 포함하는 캐시 정보(INFO)를 수신함으로써, 데이터 라인(DQ)을 통해 수신된 데이터(DT_v)가 유효한 데이터임을 인지할 수 있다.In case of a cache hit, the nonvolatile memory module 100 outputs the data DT_v read from the volatile memory 131 through the data line DQ, and outputs the cache information INFO including the cache hit H information. can be printed out. The processor 101 may recognize that the data DT_v received through the data line DQ is valid data by receiving the cache information INFO including the cache hit H information.

도 7은 도 2의 불휘발성 메모리 모듈의 다른 읽기 동작을 보여주는 순서도이다. 예시적으로, 도 7을 참조하여, 캐시 미스인 경우의 읽기 동작이 설명된다. 7 is a flowchart illustrating another read operation of the nonvolatile memory module of FIG. 2 . By way of example, referring to FIG. 7 , a read operation in the case of a cache miss will be described.

도 1, 도 2, 도 5, 및 도 7을 참조하면, S23 단계의 판별 결과가 캐시 미스인 것을 가리키는 경우, S25 단계의 동작이 수행된다. S25 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 휘발성 메모리(121)로부터 읽은 데이터(DT_v) 및 캐시 정보(INFO)를 프로세서(101)로 전송한다. 이 때, 캐시 정보(INFO)는 캐시 미스(M)에 대한 정보를 포함할 것이다.Referring to FIGS. 1, 2, 5, and 7 , when the determination result of step S23 indicates that there is a cache miss, the operation of step S25 is performed. In step S25 , the nonvolatile memory module 100 transmits data DT_v read from the volatile memory 121 and cache information INFO to the processor 101 . At this time, the cache information (INFO) will include information about the cache miss (M).

예시적으로, 앞서 설명된 바와 같이, S25 단계의 동작 또한 모듈 읽기 커맨드 및 어드레스(RD, ADD)가 수신된 시점으로부터 읽기 레이턴시(RL) 이후에 수행될 수 있다.Illustratively, as described above, the operation of step S25 may also be performed after the read latency RL from the time when the module read command and the addresses RD and ADD are received.

S26 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 불휘발성 메모리(123)에 대한 선-읽기 동작을 수행할 수 있다. 예시적으로, 선-읽기 동작은 NVM 제어기(122)가 불휘발성 메모리(123)로부터 데이터를 읽고, 읽은 데이터를 NVM 제어기(122)에 포함된 데이터 버퍼(미도시)에 저장하는 동작을 가리킨다. 또는 선-읽기 동작은 프로세서(101)의 명령에 따라 NVM 제어기(122)가 읽기 레이턴시(RL) 이내에 불휘발성 메모리(123)로부터의 데이터를 출력할 수 있도록 읽기 데이터를 준비하는 동작을 가리킨다. 즉, 불휘발성 메모리(123)에 대한 선-읽기 동작이 완료된 경우, 프로세서(101)로부터의 명령에 응답하여 읽기 레이턴시(RL) 이내에 불휘발성 메모리(123)로부터의 데이터가 출력될 것이다. In step S26 , the nonvolatile memory module 100 may perform a pre-read operation on the nonvolatile memory 123 . Illustratively, the pre-read operation refers to an operation in which the NVM controller 122 reads data from the nonvolatile memory 123 and stores the read data in a data buffer (not shown) included in the NVM controller 122. Alternatively, the pre-read operation refers to an operation of preparing read data so that the NVM controller 122 can output data from the nonvolatile memory 123 within a read latency (RL) according to a command of the processor 101 . That is, when the pre-read operation of the nonvolatile memory 123 is completed, data from the nonvolatile memory 123 is output within the read latency RL in response to a command from the processor 101 .

예시적으로, 선-읽기 동작은 S22 단계 내지 S25 단계의 동작들이 수행되는 동안 수행될 수 있다. 또는 선-읽기 동작은 캐시 미스로 판별된 경우, NVM 제어기(122)에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, NVM 제어기(122)는 모듈 컨트롤러(110)로부터 제1 어드레스(ADD1)를 수신하고, 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 태그(TAG)를 수신할 수 있다. NVM 제어기(122)는 수신된 제1 어드레스(ADD1) 및 태그(TAG)를 비교함으로써 캐시 히트인지 또는 캐시 미스인지 판별할 수 있다. 판별 결과에 따라, NVM 제어기(122)는 선-읽기 동작을 수행할 수 있다. 예시적으로, NVM 제어기(122)에 의한 캐시 히트 또는 캐시 미스에 대한 판별 동작은 휘발성 메모리(121)로부터 태그(TAG_v)가 출력된 이후에 수행될 수 있다.Illustratively, the pre-read operation may be performed while the operations of steps S22 to S25 are performed. Alternatively, the pre-read operation may be performed by the NVM controller 122 when it is determined as a cache miss. For example, the NVM controller 122 may receive the first address ADD1 from the module controller 110 and receive the tag TAG through the tag data line TDQ. The NVM controller 122 may determine whether it is a cache hit or a cache miss by comparing the received first address ADD1 and the tag TAG. According to the determination result, the NVM controller 122 may perform a pre-read operation. For example, an operation of determining a cache hit or a cache miss by the NVM controller 122 may be performed after the tag TAG_v is output from the volatile memory 121 .

선-읽기 동작이 완료된 이후에, S27 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 레디 신호(R)를 프로세서(101)로 제공한다. 예시적으로, 레디 신호(R)는 불휘발성 메모리 모듈(100)이 선-읽기 동작을 완료했음을 알리는 신호일 수 있다. 레디 신호(R)는 캐시 정보(INFO)가 전송되는 신호 라인을 통해 제공되거나 또는 별도의 신호 라인을 통해 제공될 수 있다.After the pre-read operation is completed, in step S27, the nonvolatile memory module 100 provides a ready signal R to the processor 101. Illustratively, the ready signal R may be a signal indicating that the nonvolatile memory module 100 has completed a pre-read operation. The ready signal R may be provided through a signal line through which the cache information INFO is transmitted or may be provided through a separate signal line.

S28 단계에서, 프로세서(101)는 레디 신호(R)에 응답하여 모듈 읽기 커맨드 및 어드레스(NRD, ADD)를 불휘발성 메모리 모듈(100)로 제공할 수 있다. 예시적으로, 모듈 읽기 커맨드는(NRD)는 S21 단계의 모듈 읽기 커맨드(RD)와 다를 수 있다. 모듈 읽기 커맨드(NRD)는 불휘발성 메모리(123)로부터의 데이터를 읽기 위한 커맨드/어드레스일 수 있다.In step S28 , the processor 101 may provide a module read command and addresses NRD and ADD to the nonvolatile memory module 100 in response to the ready signal R. For example, the module read command NRD may be different from the module read command RD of step S21. The module read command NRD may be a command/address for reading data from the nonvolatile memory 123 .

S29 단계에서, 모듈 읽기 커맨드 및 어드레스(NRD, ADD)에 응답하여 불휘발성 메모리 모듈(100)은 불휘발성 메모리(123)에 대한 읽기 동작 및 휘발성 메모리(121)에 대한 쓰기 동작을 수행한다. 예를 들어, 불휘발성 메모리 모듈(100)의 NVM 제어기(122)는 선-읽기 동작에서 준비된 데이터를 기반으로 메모리 데이터 라인(MDQ)을 구동할 수 있다. 휘발성 메모리(121)는 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 NVM 제어기(122)로부터 출력된 데이터(즉, 불휘발성 메모리(123)로부터 출력된 데이터)를 수신하고, 수신된 데이터를 기입할 수 있다. 이 때, 휘발성 메모리(121)의 쓰기 동작은 읽기 캐싱 동작일 수 있다.In step S29 , the nonvolatile memory module 100 performs a read operation on the nonvolatile memory 123 and a write operation on the volatile memory 121 in response to the module read command and the addresses NRD and ADD. For example, the NVM controller 122 of the nonvolatile memory module 100 may drive the memory data line MDQ based on data prepared in a pre-read operation. The volatile memory 121 may receive data output from the NVM controller 122 (ie, data output from the nonvolatile memory 123) through the memory data line MDQ and write the received data. At this time, the write operation of the volatile memory 121 may be a read caching operation.

S2a 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 불휘발성 메모리(123)로부터의 데이터(DT_n)를 프로세서(101)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 데이터 라인(DQ)을 통해 불휘발성 메모리(123)로부터의 데이터(DT_n)를 출력할 수 있다. 예시적으로, S2a 단계의 동작은 S28 단계의 동작으로부터 미리 정해진 시간 이후에 수행될 수 있다. 미리 정해진 시간은 읽기 레이턴시(RL')일 수 있다. 예시적으로, 도 7의 읽기 레이턴시(RL')는 도 5의 읽기 레이턴시(RL)와 다를 수 있으며, 이들에 대한 정보는 SPD(140)에 저장되고, 장치 정보(DI)로써 프로세서(101)로 제공될 수 있다. In step S2a, the nonvolatile memory module 100 may transmit data DT_n from the nonvolatile memory 123 to the processor 101. For example, the nonvolatile memory module 100 may output data DT_n from the nonvolatile memory 123 through the data line DQ. Illustratively, the operation of step S2a may be performed after a predetermined time from the operation of step S28. The predetermined time may be a read latency (RL'). Illustratively, the read latency (RL') of FIG. 7 may be different from the read latency (RL) of FIG. can be provided as

도 8은 도 7의 읽기 동작을 상세하게 설명하기 위한 타이밍도이다. 간결한 설명을 위하여, 앞서 설명된 구성과 중복되는 구성들에 대한 상세한 설명은 생략된다.8 is a timing diagram for explaining the read operation of FIG. 7 in detail. For concise description, detailed descriptions of components overlapping with those described above are omitted.

도 1, 도 2, 도 5, 도 7, 및 도 8을 참조하면, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 프로세서(101)로부터 모듈 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD, ADD1)를 수신한다. 불휘발성 메모리 모듈(100)의 모듈 컨트롤러(110)는 모듈 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD, ADD1)에 응답하여 NVM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_n, ADD1)를 NVM 제어기(122)로 제공하고, VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v, ADD1)를 휘발성 메모리(121)로 제공한다. Referring to FIGS. 1 , 2 , 5 , 7 , and 8 , the nonvolatile memory module 100 receives a module read command and first addresses RD and ADD1 from the processor 101 . The module controller 110 of the nonvolatile memory module 100 provides an NVM read command and first addresses RD_n and ADD1 to the NVM controller 122 in response to the module read command and the first addresses RD and ADD1, , the VM read command and the first addresses RD_v and ADD1 are provided to the volatile memory 121 .

휘발성 메모리(121)는 VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v, ADD1)에 응답하여, 휘발성 메모리(121)의 영역 중 제1 어드레스(ADD1)에 대응하는 영역의 데이터(DT_v) 및 태그(TAG_v)를 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 출력할 수 있다. 즉, 휘발성 메모리(121)는 데이터(DT_v) 및 태그(TAG_v)를 기반으로 메모리 데이터 라인(MDQ) 및 태그 데이터 라인(TDQ)의 전압들을 각각 구동할 수 있다. 메모리 데이터 라인(MDQ) 상의 데이터(DT_v)는 모듈 컨트롤러(110) 및 데이터 버퍼(130)의 제어에 따라 데이터 라인(DQ)을 통해 출력된다. In response to the VM read command and the first addresses RD_v and ADD1, the volatile memory 121 stores data DT_v and tags TAG_v of an area corresponding to the first address ADD1 among areas of the volatile memory 121. can be output through the memory data line MDQ. That is, the volatile memory 121 may drive voltages of the memory data line MDQ and the tag data line TDQ, respectively, based on the data DT_v and the tag TAG_v. Data DT_v on the memory data line MDQ is output through the data line DQ under the control of the module controller 110 and the data buffer 130 .

모듈 컨트롤러(110)는 휘발성 메모리(121)로부터 출력된 태그(TAG_v) 및 제1 어드레스(ADD1)를 비교함으로써, 캐시 히트 또는 캐시 미스 여부를 판별할 수 있다. 캐시 미스인 경우, 모듈 컨트롤러(110)는 캐시 미스(M)에 대한 캐시 정보(INFO)를 프로세서(101)로 전송할 수 있다. 이 때, 프로세서(101)는 데이터 라인(DQ)을 통해 수신된 데이터(DT_v)가 캐시 미스(M)임을 인지할 수 있다.The module controller 110 may determine whether there is a cache hit or a cache miss by comparing the tag TAG_v output from the volatile memory 121 with the first address ADD1. In case of a cache miss, the module controller 110 may transmit cache information INFO about the cache miss M to the processor 101 . At this time, the processor 101 may recognize that the data DT_v received through the data line DQ is a cache miss M.

불휘발성 메모리 모듈(100)은 선-읽기 동작을 수행할 수 있다. 예시적으로, NVM 제어기(122)는 모듈 컨트롤러(110)로부터의 불휘발성 메모리 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(ADD1)에 응답하여 불휘발성 메모리(123)의 영역 중 제1 어드레스(ADD1)와 대응되는 영역의 데이터를 준비(또는 별도의 데이터 버퍼에 저장)할 수 있다. 선-읽기 동작이 완료된 경우, 모듈 컨트롤러(110)는 준비 신호(R)를 프로세서(101)로 전송할 수 있다. 예시적으로, 준비 신호(R)는 캐시 정보(INFO)와 동일한 라인, 또는 별도의 신호 라인, 또는 데이터 라인(DQ)을 통해 프로세서(101)로 제공될 수 있다.The nonvolatile memory module 100 may perform a pre-read operation. Illustratively, the NVM controller 122 responds to the nonvolatile memory read command from the module controller 110 and the first address ADD1 to correspond to the first address ADD1 in the area of the nonvolatile memory 123. You can prepare the data of the area (or store it in a separate data buffer). When the pre-read operation is completed, the module controller 110 may transmit a preparation signal R to the processor 101 . For example, the preparation signal R may be provided to the processor 101 through the same line as the cache information INFO, a separate signal line, or a data line DQ.

준비 신호(R)에 응답하여, 프로세서(101)는 모듈 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(NRD, ADD1)를 불휘발성 메모리 모듈(100)로 전송한다. 모듈 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(NRD, ADD1)에 응답하여, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 NVM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_n', ADD1)를 NVM 제어기(122)로 제공한다. 예시적으로, 모듈 읽기 커맨드(NRD)에 따른 NVM 읽기 커맨드 (RD_n)는 모듈 읽기 커맨드(RD)에 따른 NVM 읽기 커맨드(RD_n)와 다를 수 있다.In response to the preparation signal R, the processor 101 transmits a module read command and first addresses NRD and ADD1 to the nonvolatile memory module 100. In response to the module read command and the first addresses NRD and ADD1 , the nonvolatile memory module 100 provides the NVM read command and the first addresses RD_n′ and ADD1 to the NVM controller 122 . For example, the NVM read command RD_n according to the module read command NRD may be different from the NVM read command RD_n according to the module read command RD.

예시적으로, 모듈 읽기 커맨드들(NRD, RD) 각각은 프로세서(101) 및 불휘발성 메모리 모듈(100) 사이의 통신 규약에 의해 미리 정의된 커맨드일 수 있다.For example, each of the module read commands NRD and RD may be a command predefined by a communication protocol between the processor 101 and the nonvolatile memory module 100 .

NVM 제어기(122)는 NVM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_n', ADD1)에 응답하여, 선-읽기 동작에서 준비된 데이터(DT_n)를 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 출력할 수 있다. 예시적으로, NVM 제어기(122)는 데이터(DT_n)와 대응되는 태그(TAG_n)를 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 출력할 수 있다. 예시적으로, 데이터(DT_n)와 대응되는 태그(TAG_n)는 데이터(DT_n)와 대응되는 제1 어드레스(ADD1)의 일부를 포함할 수 있다. 메모리 데이터 라인(MDQ) 상의 데이터(DT_n)는 모듈 컨트롤러(110) 및 데이터 버퍼(130)의 제어에 따라 데이터 라인(DQ)으로 출력될 수 있다. The NVM controller 122 may output the data DT_n prepared in the pre-read operation through the memory data line MDQ in response to the NVM read command and the first addresses RD_n' and ADD1. For example, the NVM controller 122 may output the tag TAG_n corresponding to the data DT_n through the tag data line TDQ. For example, the tag TAG_n corresponding to the data DT_n may include a part of the first address ADD1 corresponding to the data DT_n. Data DT_n on the memory data line MDQ may be output to the data line DQ under the control of the module controller 110 and the data buffer 130 .

예시적으로, 데이터(DT_n)가 출력되는 동안 불휘발성 메모리 모듈(100)은 읽기 캐싱(read caching)을 수행할 수 있다. 예를 들어, 모듈 컨트롤러(110)는 불휘발성 메모리 읽기 커맨드/어드레스(CA_NRD)에 응답하여 VM 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR_v, ADD1)를 휘발성 메모리(121)로 제공할 수 있다.For example, while the data DT_n is being output, the nonvolatile memory module 100 may perform read caching. For example, the module controller 110 may provide a VM write command and first addresses WR_v and ADD1 to the volatile memory 121 in response to the nonvolatile memory read command/address CA_NRD.

예시적으로, VM 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR_v, ADD1)는 NVM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_n', ADD1)와 소정의 시간을 가질 수 있다. 즉, NVM 제어기(122)가 NVM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_n', ADD1)에 응답하여 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 데이터(DT_n)를 출력하는 시점에 동기되어 VM 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR_v, ADD1)가 휘발성 메모리(121)로 제공될 수 있다.For example, the VM write command and the first addresses WR_v and ADD1 may have a predetermined time with the NVM read command and the first addresses RD_n' and ADD1. That is, the VM write command and the first address are synchronized when the NVM controller 122 outputs the data DT_n through the memory data line MDQ in response to the NVM read command and the first addresses RD_n' and ADD1. (WR_v, ADD1) may be provided to the volatile memory 121.

휘발성 메모리(121)는 휘발성 메모리 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR_v, ADD1)에 응답하여, 휘발성 메모리(121)의 영역 중 제1 어드레스(ADD1)와 대응되는 영역에 메모리 데이터 라인(MDQ) 상의 데이터(DT_n) 및 태그 데이터 라인(TDQ) 상의 태그(TAG_n)를 기입할 수 있다. 상술된 읽기 캐싱을 통해, 불휘발성 메모리 모듈(100)의 캐시 히트율이 증가할 수 있다.The volatile memory 121 stores data on the memory data line MDQ in an area corresponding to the first address ADD1 among areas of the volatile memory 121 in response to a volatile memory write command and the first addresses WR_v and ADD1. (DT_n) and a tag (TAG_n) on the tag data line (TDQ) can be written. Through the above-described read caching, the cache hit ratio of the nonvolatile memory module 100 may increase.

상술된 바와 같은 불휘발성 메모리 모듈(100)의 구조, 쓰기 동작, 또는 읽기 동작은 예시적인 것이며, 본 발명의 기술적 사상으로부터의 벗어남 없이 다양하게 변형될 수 있다.The structure, write operation, or read operation of the nonvolatile memory module 100 as described above is exemplary and may be modified in various ways without departing from the technical spirit of the present invention.

도 9는 도 2의 휘발성 메모리의 캐시 구조를 설명하기 위한 도면이다. 간결한 설명을 위하여, 휘발성 메모리(121)의 캐시 구조를 설명하는데 불필요한 구성 요소들은 생략된다. 또한, 불휘발성 메모리(123)의 저장 영역은 제1 내지 제4 영역들(AR1~AR4)로 구분되는 것으로 가정한다. 제1 내지 제4 영역들(AR1~AR4)은 논리적으로 구분된 영역들이며, 불휘발성 메모리(123)의 저장 영역은 제1 내지 제4 영역들(AR1~AR4) 이외의 저장 공간을 더 포함할 수 있다. FIG. 9 is a diagram for explaining a cache structure of the volatile memory of FIG. 2 . For concise description, elements unnecessary to describe the cache structure of the volatile memory 121 are omitted. Also, it is assumed that the storage area of the nonvolatile memory 123 is divided into first to fourth areas AR1 to AR4. The first to fourth areas AR1 to AR4 are logically divided areas, and the storage area of the nonvolatile memory 123 may further include storage spaces other than the first to fourth areas AR1 to AR4. can

도 2 및 도 9를 참조하면, 휘발성 메모리(121)는 불휘발성 메모리(123)보다 빠른 액세스 속도를 가질 수 있다. 즉, 불휘발성 메모리(123)에 저장된 데이터 중 일부를 휘발성 메모리(121)에 저장함으로써, 모듈 컨트롤러(110) 또는 프로세서(101)의 요청에 따른 액세스 속도가 향상될 수 있다. 예를 들어, 휘발성 메모리(121)는 불휘발성 메모리(123)의 캐시 메모리로써 사용될 수 있다. 예를 들어, 휘발성 메모리(121)는 불휘발성 메모리(123)에 저장된 데이터 중 일부를 저장할 수 있고, 모듈 컨트롤러(110) 또는 프로세서(101)의 요청에 따라, 저장된 데이터를 출력할 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 9 , the volatile memory 121 may have a faster access speed than the nonvolatile memory 123 . That is, by storing some of the data stored in the nonvolatile memory 123 in the volatile memory 121, the access speed according to the request of the module controller 110 or the processor 101 can be improved. For example, the volatile memory 121 may be used as a cache memory of the nonvolatile memory 123 . For example, the volatile memory 121 may store some of the data stored in the nonvolatile memory 123 and may output the stored data according to a request of the module controller 110 or the processor 101 .

예시적으로, 휘발성 메모리(121)는 불휘발성 메모리(123)와 직접 사상(Direct Mapping) 관계를 가질 수 있다. 예를 들어, 휘발성 메모리(121)는 복수의 엔트리들(ET01~ET0n)을 포함할 수 있다. 하나의 엔트리(ET; Entry)는 캐시 라인 단위의 데이터 및 태그(TAG), 데이터 에러 정정 코드(ECC_DT), 태그 에러 정정 코드(ECC_TAG), 및 더티 정보(DRT)를 저장하는 저장 공간을 가리킬 수 있다.For example, the volatile memory 121 may have a direct mapping relationship with the nonvolatile memory 123 . For example, the volatile memory 121 may include a plurality of entries ET01 to ET0n. One entry (ET; Entry) may indicate a storage space that stores data and tags (TAG) in units of cache lines, a data error correction code (ECC_DT), a tag error correction code (ECC_TAG), and dirty information (DRT). there is.

캐시 라인 단위는 모듈 컨트롤러(110) 또는 프로세서(101)의 요청에 따른 최소 엑세스 단위를 가리킬 수 있다. 휘발성 메모리(121)는 복수의 엔트리들(ET01~ET0n)만큼의 저장 용량을 가질 수 있다. 태그(TAG)는 동일한 엔트리에 저장된 데이터(DT_v)와 대응되는 어드레스의 적어도 일부일 수 있다. 데이터 에러 정정 코드(ECC_DT)는 동일한 엔트리에 저장된 데이터(DT_v)에 대한 에러 정정 코드일 수 있다. 태그 에러 정정 코드(ECC_TAG)는 동일한 엔트리에 저장된 태그(TAG)에 대한 에러 정정 코드일 수 있다. 더티 정보(DRT)는 동일한 엔트리에 저장된 데이터(DT_v)에 대한 더티 정보를 가리킬 수 있다.A cache line unit may indicate a minimum access unit according to a request of the module controller 110 or the processor 101 . The volatile memory 121 may have a storage capacity equal to the plurality of entries ET01 to ET0n. The tag TAG may be at least a part of an address corresponding to the data DT_v stored in the same entry. The data error correction code ECC_DT may be an error correction code for the data DT_v stored in the same entry. The tag error correction code ECC_TAG may be an error correction code for a tag TAG stored in the same entry. The dirty information DRT may indicate dirty information about the data DT_v stored in the same entry.

불휘발성 메모리(123)는 제1 내지 제4 영역들(AR1~AR4)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 영역들(AR1~AR4) 각각은 복수의 캐시 라인들(CL11~CL1n, CL21~CL2n, CL31~CL3n, CL41~CL4n)을 각각 포함할 수 있다. 예시적으로, 복수의 캐시 라인들(CL11~CL1n, CL21~CL2n, CL31~CL3n, CL41~CL4n) 각각은 프로세서(101) 또는 모듈 컨트롤러(110)의 요청에 따른 데이터 액세스 단위의 저장 공간을 가리킬 수 있다. The nonvolatile memory 123 may include first to fourth areas AR1 to AR4. Each of the first to fourth regions AR1 to AR4 may include a plurality of cache lines CL11 to CL1n, CL21 to CL2n, CL31 to CL3n, and CL41 to CL4n, respectively. Illustratively, each of the plurality of cache lines CL11 to CL1n, CL21 to CL2n, CL31 to CL3n, and CL41 to CL4n may indicate a storage space of a data access unit according to a request of the processor 101 or the module controller 110. can

예를 들어, 제1 영역(AR1)은 캐시 라인들(CL11~CL1n)을 포함할 수 있다. 캐시 라인들(CL11~CL1n) 각각은 복수의 엔트리들(ET1~ETn) 각각과 1:1 대응될 수 있다. 즉, 제1 캐시 라인(CL11)은 제1 엔트리(ET1)와 대응되고, 제2 캐시 라인(CL12)은 제2 엔트리(ET2)와 대응될 수 있다. 제2 영역(AR1)은 캐시 라인들(CL21~CL2n)을 포함할 수 있고, 캐시 라인들(CL21~CL2n) 각각은 복수의 엔트리들(ET1~ETn) 각각과 1:1 대응될 수 있다. 마찬가지로, 제3 및 제4 영역들(AR3, AR4) 각각은 캐시 라인들(CL31~CL3n, CL41~CL4n) 각각을 포함하고, 캐시 라인들(CL31~CL3n, CL41~CL4n) 각각은 복수의 엔트리들(ET1~ETn)과 대응될 수 있다.For example, the first area AR1 may include cache lines CL11 to CL1n. Each of the cache lines CL11 to CL1n may correspond 1:1 to each of the plurality of entries ET1 to ETn. That is, the first cache line CL11 may correspond to the first entry ET1, and the second cache line CL12 may correspond to the second entry ET2. The second area AR1 may include cache lines CL21 to CL2n, and each of the cache lines CL21 to CL2n may correspond 1:1 to each of the plurality of entries ET1 to ETn. Similarly, each of the third and fourth regions AR3 and AR4 includes cache lines CL31 to CL3n and CL41 to CL4n, respectively, and each of the cache lines CL31 to CL3n and CL41 to CL4n includes a plurality of entries. may correspond to (ET1 to ETn).

상술된 바와 같이, 휘발성 메모리(121)는 불휘발성 메모리(123)와 직접 사상(Direct Mapping) 관계를 가질 수 있다. 휘발성 메모리(121)의 제1 엔트리(ET1)는 제1 내지 제4 영역들(AR1~AR4)의 캐시 라인들(CL11, CL21, CL31, CL41)과 대응되고, 제1 내지 제4 영역들(AR1~AR4)의 캐시 라인들(CL11, CL21, CL31, CL41) 중 어느 하나의 캐시 라인에 저장된 데이터(DT_v)를 저장할 수 있다. 다시 말해서, 제1 엔트리(ET1)에 저장된 데이터(DT_v)는 제1 내지 제4 영역들(AR1~AR4)의 캐시 라인들(CL11, CL21, CL31, CL41) 중 어느 하나와 대응될 것이다.As described above, the volatile memory 121 may have a direct mapping relationship with the nonvolatile memory 123 . The first entry ET1 of the volatile memory 121 corresponds to the cache lines CL11 , CL21 , CL31 , and CL41 of the first to fourth areas AR1 to AR4 , and the first to fourth areas ( The data DT_v stored in any one of the cache lines CL11 , CL21 , CL31 , and CL41 of the AR1 to AR4 may be stored. In other words, the data DT_v stored in the first entry ET1 may correspond to one of the cache lines CL11 , CL21 , CL31 , and CL41 of the first to fourth regions AR1 to AR4 .

제1 엔트리(ET1)는 저장된 데이터(DT_v)에 대한 태그(TAG)를 포함할 수 있다. 예시적으로, 태그(TAG)는 제1 엔트리(ET1)에 저장된 데이터(DT_v)가 제1 내지 제4 영역들(AR1~AR4)의 캐시 라인들(CL11, CL21, CL31, CL41) 중 어느 캐시 라인과 대응되는지에 대한 정보일 수 있다. The first entry ET1 may include a tag TAG for stored data DT_v. Exemplarily, the tag TAG stores the data DT_v stored in the first entry ET1 in any one of the cache lines CL11, CL21, CL31, and CL41 of the first to fourth areas AR1 to AR4. It may be information about whether it corresponds to the line.

예시적으로, 복수의 캐시 라인들(CL11~CL1n, CL21~CL2n, CL31~CL3n, CL41~CL4n) 각각은 프로세서(101)로부터 제공되는 어드레스(ADD)에 의해 구분 또는 선택될 수 있다. 즉, 프로세서(101)로부터 제공되는 어드레스(ADD)에 의해 복수의 캐시 라인들(CL11~CL1n, CL21~CL2n, CL31~CL3n, CL41~CL4n) 중 적어도 하나의 캐시 라인이 선택되고, 선택된 캐시 라인에 대한 액세스 동작이 수행될 수 있다.For example, each of the plurality of cache lines CL11 to CL1n, CL21 to CL2n, CL31 to CL3n, and CL41 to CL4n may be identified or selected by an address ADD provided from the processor 101 . That is, at least one of the plurality of cache lines CL11 to CL1n, CL21 to CL2n, CL31 to CL3n, and CL41 to CL4n is selected by the address ADD provided from the processor 101, and the selected cache line An access operation for may be performed.

복수의 엔트리들(ET1~ETn) 각각은 프로세서(101)로부터 제공되는 어드레스(ADD) 중 적어도 일부에 의해 구분 또는 선택될 수 있다. 즉, 프로세서(101)로부터 제공되는 어드레스(ADD) 중 적어도 일부에 의해 복수의 엔트리들(ET1~ETn) 중 적어도 하나의 엔트리가 선택되고, 선택된 엔트리에 대한 액세스 동작이 수행될 수 있다.Each of the plurality of entries ET1 to ETn may be distinguished or selected by at least a part of the address ADD provided from the processor 101 . That is, at least one entry among the plurality of entries ET1 to ETn is selected by at least a part of the address ADD provided from the processor 101, and an access operation on the selected entry may be performed.

태그(TAG)는 프로세서(101)로부터 제공되는 어드레스(ADD) 중 적어도 일부 또는 나머지 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 어드레스(ADD)에 의해 의 적어도 일부에 의해 복수의 엔트리들(ET1~ETn) 중 적어도 하나가 선택되고, 선택된 엔트리로부터의 태그(TAG_v)가 어드레스(ADD)에 포함되는 경우, 캐시 히트(H)인 것으로 판별될 수 있다. 또는 어드레스(ADD)에 의해 의 적어도 일부에 의해 복수의 엔트리들(ET1~ETn) 중 적어도 하나가 선택되고, 선택된 엔트리로부터의 태그(TAG_v)가 어드레스(ADD)에 포함되지 않는 경우, 캐시 미스(M)인 것으로 판별될 수 있다.The tag TAG may include at least a part or the remaining part of the address ADD provided from the processor 101 . For example, when at least one of the plurality of entries ET1 to ETn is selected by at least a part of the address ADD and the tag TAG_v from the selected entry is included in the address ADD, the cache It can be determined to be a hit (H). Alternatively, when at least one of the plurality of entries ET1 to ETn is selected by at least a part of the address ADD and the tag TAG_v from the selected entry is not included in the address ADD, a cache miss ( M) can be determined.

상술된 바와 같이, 불휘발성 메모리 모듈(100)이 휘발성 메모리(121)를 캐시 메모리로 사용함으로써, 불휘발성 메모리 모듈(100)의 성능이 향상된다. 이 때, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 휘발성 메모리(121)에 저장된 태그(TAG)를 기반으로 캐시 히트 및 미스 여부를 판별할 수 있다.As described above, since the nonvolatile memory module 100 uses the volatile memory 121 as a cache memory, performance of the nonvolatile memory module 100 is improved. At this time, the nonvolatile memory module 100 may determine whether a cache hit or miss is based on a tag (TAG) stored in the volatile memory 121 .

예시적으로, 이하의 도면들을 참조하여, 휘발성 메모리 및 불휘발성 메모리 사이의 데이터 트랜잭션 방법이 설명된다. 그러나, 이하에서 설명되는 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 설명하기 위한 예시적인 것일 뿐 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.By way of example, with reference to the following figures, a data transaction method between a volatile memory and a non-volatile memory is described. However, the embodiments described below are merely illustrative for easily explaining the technical idea of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

도 10은 도 2의 불휘발성 메모리 모듈의 NVM 제어기의 동작을 보여주는 순서도이다. 간결한 설명을 위하여, 앞서 설명된 구성 요소들 및 동작 방법에 대한 상세한 설명은 생략된다. 예시적으로, 도 10의 순서도에 따른 동작 방법은 불휘발성 메모리 모듈(100)에 대한 쓰기 동작에서의 플러시 동작을 보여준다. 10 is a flowchart illustrating an operation of an NVM controller of the nonvolatile memory module of FIG. 2 . For concise description, detailed descriptions of the components and operating methods described above are omitted. As an example, the operation method according to the flowchart of FIG. 10 shows a flush operation in a write operation for the nonvolatile memory module 100 .

도 2 및 도 10을 참조하면, S110 단계에서, NVM 제어기(122)는 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 태그(TAG)를 수신할 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4를 참조하여, 설명된 바와 같이, 모듈 컨트롤러(110)는 프로세서(101)로부터 모듈 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR, ADD1)를 수신하고, 수신된 신호에 응답하여, VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v, ADD1)를 휘발성 메모리(121)로 전송한다. 휘발성 메모리(121)는 VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v, ADD1)에 응답하여, 제1 어드레스(ADD1)(또는 제1 어드레스(ADD1)의 일부)와 대응되는 엔트리에 저장된 데이터(DT_v) 및 태그(TAG_v)를 출력할 수 있다. 휘발성 메모리(121) 및 NVM 제어기(122)는 태그 데이터 라인(TDQ)을 서로 공유하기 때문에, NVM 제어기(122)는 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 휘발성 메모리(121)로부터 태그(TAG)를 수신할 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 10 , in step S110, the NVM controller 122 may receive the tag TAG through the tag data line TDQ. For example, as described with reference to FIGS. 3 and 4 , the module controller 110 receives a module write command and first addresses WR and ADD1 from the processor 101 and responds to the received signals. Thus, the VM read command and the first addresses RD_v and ADD1 are transmitted to the volatile memory 121 . The volatile memory 121 stores data DT_v stored in an entry corresponding to the first address ADD1 (or a part of the first address ADD1) in response to the VM read command and the first addresses RD_v and ADD1. A tag (TAG_v) can be output. Since the volatile memory 121 and the NVM controller 122 share the tag data line TDQ, the NVM controller 122 receives the tag TAG from the volatile memory 121 through the tag data line TDQ. can do.

S120 단계에서, NVM 제어기(122)는 수신된 태그(TAG)를 기반으로 캐시 히트 또는 캐시 미스 여부를 판별할 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명된 바와 같이, 태그(TAG)는 휘발성 메모리(121)에 저장된 데이터와 대응되는 어드레스(ADD)의 적어도 일부를 포함한다. 즉, NVM 제어기(122)는 모듈 컨트롤러(110)로부터 수신한 어드레스(ADD) 및 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 수신된 태그(TAG)를 비교함으로써 캐시 히트 또는 캐시 미스 여부를 판별할 수 있다.In step S120, the NVM controller 122 may determine whether a cache hit or a cache miss is made based on the received tag (TAG). For example, as described above, the tag TAG includes at least a part of the address ADD corresponding to data stored in the volatile memory 121 . That is, the NVM controller 122 may determine whether a cache hit or a cache miss occurs by comparing the address ADD received from the module controller 110 and the tag TAG received through the tag data line TDQ.

판별 결과가 캐시 히트를 가리키는 경우, NVM 제어기(122)는 별도의 동작을 수행하지 않을 수 있다. When the determination result indicates a cache hit, the NVM controller 122 may not perform a separate operation.

판별 결과가 캐시 미스를 가리키는 경우, S130 단계에서, NVM 제어기(122)는 메모리 데이터 라인(MDQ) 상의 데이터(DT_v)를 페치할 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명된 바와 같이, 휘발성 메모리(121)는 VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v, ADD1)에 응답하여, 데이터(DT_v)를 기반으로 메모리 데이터 라인(MDQ)의 전압을 제어할 수 있다. NVM 제어기(122) 및 휘발성 메모리(121)는 메모리 데이터 라인(MDQ)을 서로 공유하기 때문에, NVM 제어기(122)는 메모리 데이터 라인(MDQ) 상의 데이터(DT_v)를 페치할 수 있다.When the determination result indicates a cache miss, in step S130, the NVM controller 122 may fetch the data DT_v on the memory data line MDQ. For example, as described above, the volatile memory 121 controls the voltage of the memory data line MDQ based on the data DT_v in response to the VM read command and the first addresses RD_v and ADD1. can Since the NVM controller 122 and the volatile memory 121 share the memory data line MDQ, the NVM controller 122 may fetch data DT_v on the memory data line MDQ.

S140 단계에서, NVM 제어기(122)는 페치된 데이터(DT_v)를 불휘발성 메모리(123)에 프로그램할 수 있다. 예시적으로, NVM 제어기(122)는 페치된 데이터(DT_v)를 별도의 버퍼 회로에 저장하고, 페치된 데이터의 크기가 일정 크기 이상일 경우, 페치된 데이터를 불휘발성 메모리(123)에 프로그램할 수 있다.In step S140 , the NVM controller 122 may program the fetched data DT_v into the nonvolatile memory 123 . For example, the NVM controller 122 may store the fetched data DT_v in a separate buffer circuit, and program the fetched data into the nonvolatile memory 123 when the size of the fetched data is greater than or equal to a predetermined size. there is.

예시적으로, 도 10에 도시된 동작 방법에서, S110 단계 내지 S130 단계의 동작들은 병렬적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, NVM 제어기(122)는 태그(TAG) 및 데이터(DT_v)를 각각 태그 데이터 라인(TDQ) 및 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 동시에 수신하고, 수신된 태그(TAG)를 기반으로 캐시 히트 또는 캐시 미스를 판별할 수 있다. 캐시 미스인 경우, 수신된 데이터(DT_v)를 불휘발성 메모리(123)에 프로그램하고, 캐시 히트인 경우, 수신된 데이터(DT_v)를 무효화하거나 또는 수신된 데이터(DT_v)에 대한 별도의 동작을 수행하지 않을 수 있다.Illustratively, in the operation method shown in FIG. 10 , operations of steps S110 to S130 may be performed in parallel. For example, the NVM controller 122 simultaneously receives the tag TAG and the data DT_v through the tag data line TDQ and the memory data line MDQ, respectively, and caches the tag based on the received tag TAG. It can determine hit or cache miss. In case of a cache miss, the received data DT_v is programmed into the nonvolatile memory 123, and in case of a cache hit, the received data DT_v is invalidated or a separate operation is performed on the received data DT_v may not

도 11은 도 10에 도시된 동작 방법을 상세하게 설명하기 위한 블록도이다. 도 1, 도 10, 및 도 11을 참조하면, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 모듈 컨트롤러(110), 휘발성 메모리(121), NVM 제어기(122), 불휘발성 메모리(123), 및 데이터 버퍼(130)를 포함할 수 있다. 간결한 설명을 위하여, 프로세서(101)로부터 제공되는 제1 어드레스(ADD1)의 일부는 휘발성 메모리(121)의 제1 엔트리(ET1)와 대응되는 것으로 가정한다. 간결한 설명을 위하여, 앞서 설명된 구성 요소들에 대한 상세한 설명은 생략된다. 예시적으로, 도 11에 도시된 파선은 태그(TAG_v), 더티 정보(DRT), 또는 데이터(DT_v)의 흐름을 가리킨다.FIG. 11 is a block diagram for explaining in detail the operating method shown in FIG. 10 . 1, 10, and 11, the nonvolatile memory module 100 includes a module controller 110, a volatile memory 121, an NVM controller 122, a nonvolatile memory 123, and a data buffer ( 130) may be included. For concise description, it is assumed that a part of the first address ADD1 provided from the processor 101 corresponds to the first entry ET1 of the volatile memory 121 . For concise description, detailed descriptions of the components described above are omitted. Exemplarily, a broken line shown in FIG. 11 indicates a flow of a tag (TAG_v), dirty information (DRT), or data (DT_v).

모듈 컨트롤러(110)는 프로세서(101)로부터 모듈 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR, ADD1)를 수신하고, 수신된 신호에 응답하여, VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v, ADD1)를 휘발성 메모리(121)로 제공하고, NVM 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR_n, ADD1)를 NVM 제어기(122)로 제공할 수 있다. The module controller 110 receives a module write command and first addresses WR and ADD1 from the processor 101 and, in response to the received signal, stores the VM read command and the first addresses RD_v and ADD1 in volatile memory ( 121), and the NVM write command and the first addresses WR_n and ADD1 may be provided to the NVM controller 122.

휘발성 메모리(121)는 VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v, ADD1)에 응답하여, 제1 어드레스(ADD1)의 일부와 대응되는 제1 엔트리(ET1)에 저장된 데이터(DT_v), 태그(TAG_v), 및 더티 정보(DRT)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 휘발성 메모리(121)는 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 데이터(DT_v)를 출력하고, 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 태그(TAG_v) 및 더티 정보(DRT)를 출력할 수 있다.In response to the VM read command and the first addresses RD_v and ADD1, the volatile memory 121 stores data DT_v and a tag TAG_v in the first entry ET1 corresponding to a part of the first address ADD1. , and dirty information (DRT) may be output. For example, the volatile memory 121 may output the data DT_v through the memory data line MDQ, and output the tag TAG_v and dirty information DRT through the tag data line TDQ.

NVM 제어기(122)는 휘발성 메모리(121)와 메모리 데이터 라인(MDQ) 및 태그 데이터 라인(TDQ)을 공유하기 때문에, 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 데이터(DT_v)를 수신하고, 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 태그(TAG_v) 및 더티 정보(DRT)를 수신할 수 있다. Since the NVM controller 122 shares the memory data line MDQ and the tag data line TDQ with the volatile memory 121, it receives the data DT_v through the memory data line MDQ and transmits the tag data line ( A tag (TAG_v) and dirty information (DRT) may be received through TDQ).

NVM 제어기(122)는 플러시 관리자(FM; Flush Manager)를 포함할 수 있다. 플러시 관리자(FM)는 휘발성 메모리(121)로부터의 데이터에 대한 플러시 동작을 관리 또는 제어할 수 있다. 예를 들어, 플러시 관리자(FM)는 태그 데이터 라인(MDQ)을 통해 수신된 태그(TAG_v) 및 모듈 컨트롤러(110)로부터 수신된 제1 어드레스(ADD1)를 기반으로, 캐시 히트 또는 캐시 미스 여부를 판별할 수 있다. 판별 결과가 캐시 미스를 가리키는 경우, 플러시 관리자(FM)는 수신된 데이터(DT_v)를 불휘발성 메모리(123)에 프로그램할 수 있다. 또는 플러시 관리자(FM)는 수신된 데이터(DT_v)를 별도의 버퍼 회로(미도시)에 관리하고, 플러시될 데이터의 크기가 일정 크기 이상인 경우, 버퍼 회로(미도시)의 데이터를 불휘발성 메모리(123)에 프로그램할 수 있다.The NVM controller 122 may include a flush manager (FM). The flush manager FM may manage or control a flush operation of data from the volatile memory 121 . For example, the flush manager FM determines whether a cache hit or a cache miss is based on the tag TAG_v received through the tag data line MDQ and the first address ADD1 received from the module controller 110. can be identified. When the determination result indicates a cache miss, the flush manager FM may program the received data DT_v into the nonvolatile memory 123 . Alternatively, the flush manager FM manages the received data DT_v in a separate buffer circuit (not shown), and when the size of data to be flushed is greater than a certain size, the data of the buffer circuit (not shown) is stored in a nonvolatile memory (not shown). 123) can be programmed.

예시적으로, 휘발성 메모리(121) 및 NVM 제어기(122) 사이에서 공유되는 메모리 데이터 라인(MDQ)은 플러시 경로(Flush Path)일 수 있다.For example, the memory data line MDQ shared between the volatile memory 121 and the NVM controller 122 may be a flush path.

예시적으로, 데이터 버퍼(130)는 메모리 데이터 라인(MDQ) 상의 데이터(DT_v)가 프로세서(101)로 전송되지 않도록, 데이터(DT_v)를 차단하는 역할을 할 수 있다. 즉, 프로세서(101)는 휘발성 메모리(121) 및 NVM 제어기(122) 사이의 데이터 트랜잭션을 인지하지 못할 것이다.For example, the data buffer 130 may serve to block the data DT_v on the memory data line MDQ so that the data DT_v is not transmitted to the processor 101 . That is, the processor 101 will not be aware of the data transaction between the volatile memory 121 and the NVM controller 122.

도 12는 도 10 및 도 11에 도시된 동작 방법을 상세하게 설명하기 위한 타이밍도이다. 간결한 설명을 위하여, 앞서 설명된 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략된다. 도 1 및 도 11을 참조하면, 모듈 컨트롤러(110)는 프로세서(101)로부터 모듈 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR, ADD1)를 수신할 수 있다. 12 is a timing diagram for explaining in detail the operation method shown in FIGS. 10 and 11 . For concise description, detailed descriptions of the components described above are omitted. Referring to FIGS. 1 and 11 , the module controller 110 may receive a module write command and first addresses WR and ADD1 from the processor 101 .

모듈 컨트롤러(110)는 모듈 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR, ADD1)에 응답하여, 휘발성 메모리(121)로 VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v, ADD1)를 전송하고, NVM 제어기(122)로 NVM 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR_v, ADD1)를 전송할 수 있다. 이 때, NVM 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR_v, ADD1)의 전송 시점은 VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v, ADD1)의 전송 시점과 다를 수 있다.The module controller 110 transmits a VM read command and first addresses RD_v and ADD1 to the volatile memory 121 in response to the module write command and the first addresses WR and ADD1, and to the NVM controller 122 The NVM write command and the first addresses WR_v and ADD1 may be transmitted. In this case, a transmission time of the NVM write command and the first addresses WR_v and ADD1 may be different from a transmission time of the VM read command and the first addresses RD_v and ADD1.

예를 들어, 휘발성 메모리(121) 및 불휘발성 메모리(123) 또는 불휘발성 메모리(123)를 제어하는 NVM 제어기(122)의 동작 특성이 서로 다르기 때문에, 읽기 또는 쓰기 동작에 요구되는 시간이 서로 다를 수 있다. 즉, 휘발성 메모리(121)로부터 데이터(DT_v)를 읽는데 요구되는 시간(예를 들어, VM 읽기 레이턴시) 및 NVM 제어기(122)가 데이터(DT_v)를 페치하는데 요구되는 시간(예를 들어, NVM 쓰기 레이턴시)가 서로 상이할 수 있다.For example, since the operation characteristics of the volatile memory 121 and the nonvolatile memory 123 or the NVM controller 122 controlling the nonvolatile memory 123 are different, the time required for a read or write operation may be different. can That is, the time required to read the data DT_v from the volatile memory 121 (eg, VM read latency) and the time required for the NVM controller 122 to fetch the data DT_v (eg, NVM write latency) latency) may be different from each other.

NVM 쓰기 레이턴시가 VM 읽기 레이턴시보다 짧은 경우, 모듈 컨트롤러(110)는 VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v, ADD1)를 휘발성 메모리(121)로 먼저 전송하고, 이후에, NVM 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR_n)를 NVM 제어기(122)로 전송할 수 있다. 또는 NVM 쓰기 레이턴시가 VM 읽기 레이턴시보다 긴 경우, 모듈 컨트롤러(110)는 NVM 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR_n)를 NVM 제어기(122)로 먼저 전송하고, 이후에, VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v, ADD1)를 휘발성 메모리(121)로 전송할 수 있다.When the NVM write latency is shorter than the VM read latency, the module controller 110 first transmits the VM read command and the first addresses RD_v and ADD1 to the volatile memory 121, and then transmits the NVM write command and the first address (WR_n) may be transmitted to the NVM controller 122. Alternatively, when the NVM write latency is longer than the VM read latency, the module controller 110 first transmits the NVM write command and the first address WR_n to the NVM controller 122, and then transmits the VM read command and the first address ( RD_v, ADD1) can be transferred to the volatile memory 121.

즉, 모듈 컨트롤러(110)는 각 구성 요소들의 동작 특성에 따라 VM 커맨드/어드레스(CA_v) 및 NVM 커맨드/어드레스(CA_n)를 서로 다른 시점에 각각 휘발성 메모리(121) 및 NVM 제어기(122)로 전송함으로써, 휘발성 메모리(121)로부터 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 출력되는 데이터가 NVM 제어기(122)에 정상적으로 수신되도록 할 수 있다.That is, the module controller 110 transmits the VM command/address CA_v and the NVM command/address CA_n to the volatile memory 121 and the NVM controller 122 at different times according to the operating characteristics of each component. By doing so, data output from the volatile memory 121 through the memory data line MDQ can be normally received by the NVM controller 122 .

도 13은 도 11의 NVM 제어기의 다른 실시 예에 따른 동작을 보여주는 순서도이다. 도 11 및 도 13을 참조하면, NVM 제어기(122)는 S210 단계 및 S220 단계의 동작들을 수행할 수 있다. S210 단계 및 S220 단계의 동작들은 도 10의 S110 단계 및 S120 단계의 동작들과 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.13 is a flowchart illustrating operations of the NVM controller of FIG. 11 according to another embodiment. Referring to FIGS. 11 and 13 , the NVM controller 122 may perform operations of steps S210 and S220. Operations of steps S210 and S220 are similar to those of steps S110 and S120 of FIG. 10 , so detailed description thereof is omitted.

S220 단계의 판별 결과가 캐시 미스를 카리키는 경우, S230 단계에서, NVM 제어기(122)는 휘발성 메모리(121)로부터의 데이터(DT_v)가 더티 데이터인지 판별할 수 있다. 예를 들어, 휘발성 메모리(121)에 저장된 데이터(DT_n)는 프로세서(101)의 요청에 따라 새로운 데이터로 갱신된 이후에, 불휘발성 메모리(123)로 플러시되지 않을 수 있다. 또는 불휘발성 메모리(123)에 저장된 데이터 및 이와 대응되는 휘발성 메모리(121)의 데이터가 서로 상이할 수 있다. 이 경우, 휘발성 메모리(121)의 데이터는 더티 데이터일 것이다. 더티 정보(DRT)는 동일한 엔트리(ET)에 저장된 데이터에 대한 더티 상태에 대한 정보를 포함할 수 있다. 즉, NVM 제어기(122)는 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 수신된 더티 정보(DRT)를 기반으로 휘발성 메모리(121)의 데이터(DT_n)에 대한 더티 상태를 판별할 수 있다.When the determination result in step S220 indicates a cache miss, in step S230, the NVM controller 122 may determine whether the data DT_v from the volatile memory 121 is dirty data. For example, the data DT_n stored in the volatile memory 121 may not be flushed to the nonvolatile memory 123 after being updated with new data according to a request of the processor 101 . Alternatively, data stored in the non-volatile memory 123 and data corresponding to the data stored in the volatile memory 121 may be different from each other. In this case, the data of the volatile memory 121 will be dirty data. The dirty information DRT may include information on a dirty state of data stored in the same entry ET. That is, the NVM controller 122 may determine a dirty state of the data DT_n of the volatile memory 121 based on the dirty information DRT received through the tag data line TDQ.

판별 결과가 더티 데이터가 아님을 가리키는 경우, (즉, 클린 데이터인 경우), NVM 제어기(122)는 별도의 동작을 수행하지 않을 수 있다.If the determination result indicates that the data is not dirty data (ie, clean data), the NVM controller 122 may not perform a separate operation.

S230 단계의 판별 결과가 더티 데이터임을 가리키는 경우, NVM 제어기(122)는 데이터의 유효성을 보장하기 위하여, 플러시 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, NVM 제어기(122)는 S240 단계 및 S250 단계의 동작들을 수행할 수 있다. S240 단계 및 S250 단계의 동작들은 도 10의 S130 단계 및 S140 단계의 동작들과 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.If the determination result of step S230 indicates that the data is dirty, the NVM controller 122 may perform a flush operation to ensure data validity. For example, the NVM controller 122 may perform operations of steps S240 and S250. Operations of steps S240 and S250 are similar to those of steps S130 and S140 of FIG. 10 , so detailed description thereof is omitted.

예시적으로, S210 단계 내지 S240 단계의 동작들은 서로 병렬적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, NVM 제어기(122)는 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 태그(TAG) 및 더티 정보(DRT)를 수신하고, 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 데이터(DT_v)를 동시에 수신할 수 있다. 이와 동시에, NVM 제어기(122)는 수신된 태그(TAG)를 기반으로 캐시 히트 또는 캐시 미스 여부를 판별하고, 수신된 더티 정보(DRT)를 기반으로, 더티 데이터 여부를 판별할 수 있다.Illustratively, the operations of steps S210 to S240 may be performed in parallel with each other. For example, the NVM controller 122 may receive the tag TAG and the dirty information DRT through the tag data line TDQ and simultaneously receive the data DT_v through the memory data line MDQ. . At the same time, the NVM controller 122 may determine whether there is a cache hit or cache miss based on the received tag (TAG), and determine whether dirty data is present based on the received dirty information (DRT).

예시적으로, 비록 도면에 도시되지는 않았으나, 불휘발성 메모리 모듈(100)의 읽기 동작시, 상술된 쓰기 동작에서의 플러시 동작과 유사하게 휘발성 메모리(121) 및 NVM 제어기(122) 사이의 플러시 동작이 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하여 설명된 바와 같이, 모듈 컨트롤러(110)는 프로세서(101)로부터 모듈 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD, ADD1)를 수신하고, 수신된 신호에 응답하여, 휘발성 메모리(121)로 VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v, ADD1)를 전송한다. 휘발성 메모리(121)는 VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v, ADD1)에 응답하여, 데이터(DT_v) 및 태그(TAG_v)를 출력할 수 있다. 이 때, NVM 제어기(122)는 태그(TAG_v)를 기반으로 캐시 히트 또는 캐시 미스 여부를 판별하고, 판별 결과에 따라, 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 수신되는 데이터(DT_v)를 불휘발성 메모리(123)에 플러시할 수 있다.Exemplarily, although not shown in the drawing, during a read operation of the nonvolatile memory module 100, a flush operation between the volatile memory 121 and the NVM controller 122 similar to the flush operation in the above-described write operation this can be done For example, as described with reference to FIG. 8 , the module controller 110 receives a module read command and first addresses RD and ADD1 from the processor 101, and in response to the received signals, volatile memory The VM read command and the first addresses RD_v and ADD1 are transmitted to 121 . The volatile memory 121 may output the data DT_v and the tag TAG_v in response to the VM read command and the first addresses RD_v and ADD1. At this time, the NVM controller 122 determines whether there is a cache hit or a cache miss based on the tag TAG_v, and according to the determination result, the data DT_v received through the memory data line MDQ is transferred to the nonvolatile memory ( 123) can be flushed.

도 14는 도 2의 불휘발성 메모리 모듈의 다른 동작을 보여주는 순서도이다. 예시적으로, 도 10 내지 도 13을 참조하여, 휘발성 메모리(121)로부터 불휘발성 메모리(123)로 데이터가 이동하는 또는 복사되는 플러시 동작이 설명되었다. 이하에서, 불휘발성 메모리(123)로부터 휘발성 메모리(121)로 데이터가 이동하는 읽기 캐싱 동작이 설명된다. 간결한 설명을 위하여, 앞서 설명된 구성 요소들에 대한 상세한 설명은 생략된다.14 is a flowchart showing other operations of the nonvolatile memory module of FIG. 2 . As an example, the flush operation of moving or copying data from the volatile memory 121 to the nonvolatile memory 123 has been described with reference to FIGS. 10 to 13 . Hereinafter, a read caching operation in which data is moved from the nonvolatile memory 123 to the volatile memory 121 will be described. For concise description, detailed descriptions of the components described above are omitted.

도 2 및 도 14를 참조하면, S310 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 불휘발성 메모리(123)로부터의 데이터(DT_n)를 출력할 수 있다. 예를 들어, NVM 제어기(122)는 불휘발성 메모리(123)로부터 데이터(DT_n)를 읽고, 읽은 데이터(DT_n)를 기반으로 메모리 데이터 라인(MDQ)의 전압을 구동할 수 있다.2 and 14 , in step S310, the nonvolatile memory module 100 may output data DT_n from the nonvolatile memory 123 through the memory data line MDQ. For example, the NVM controller 122 may read data DT_n from the nonvolatile memory 123 and drive the voltage of the memory data line MDQ based on the read data DT_n.

S320 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 태그(TAG_n)를 출력할 수 잇다. 예를 들어, 모듈 컨트롤러(110)는 프로세서(101)로부터 제공되는 어드레스(ADD)를 기반으로 데이터(DT_n)에 대응되는 태그(TAG_n)를 생성할 수 있다. 모듈 컨트롤러(110)는 생성된 태그(TAG_n)를 기반으로 태그 데이터 라인(TDQ)의 전압을 구동할 수 있다.In step S320, the nonvolatile memory module 100 may output the tag TAG_n through the tag data line TDQ. For example, the module controller 110 may generate a tag TAG_n corresponding to the data DT_n based on the address ADD provided from the processor 101 . The module controller 110 may drive the voltage of the tag data line TDQ based on the generated tag TAG_n.

S320 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 태그 데이터 라인(TDQ) 상의 태그(TAG_n) 및 메모리 데이터 라인(MDQ) 상의 데이터(DT_n)를 어드레스(ADD)와 대응되는 엔트리에 기입할 수 있다. 예를 들어, 휘발성 메모리(121)는 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 태그(TAG_n)를 수신하고, 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 데이터(DT_n)를 수신할 수 있다. 휘발성 메모리(121)는 수신된 태그(TAG_n) 및 데이터(DT_n)를 복수의 엔트리들 중 어드레스(ADD)의 일부와 대응되는 엔트리에 저장할 수 있다.In operation S320 , the nonvolatile memory module 100 may write the tag TAG_n on the tag data line TDQ and the data DT_n on the memory data line MDQ into an entry corresponding to the address ADD. For example, the volatile memory 121 may receive the tag TAG_n through the tag data line TDQ and receive the data DT_n through the memory data line MDQ. The volatile memory 121 may store the received tag TAG_n and data DT_n in an entry corresponding to a part of the address ADD among a plurality of entries.

예시적으로, 불휘발성 메모리 모듈(100)의 읽기 동작시 캐시 미스가 발생하고, 캐시 미스된 어드레스에 대한 읽기 동작이 재수행될 때, 도 14를 참조하여 설명된 읽기 캐싱 동작이 수행될 수 있다. 또는 프로세서(101)의 요청에 따라 도 14를 참조하여 설명된 읽기 캐싱 동작이 수행될 수 있다.For example, when a cache miss occurs during a read operation of the nonvolatile memory module 100 and a read operation for the cache miss address is re-performed, the read caching operation described with reference to FIG. 14 may be performed. . Alternatively, the read caching operation described with reference to FIG. 14 may be performed according to a request of the processor 101 .

도 15는 도 14의 동작을 상세하게 설명하기 위한 블록도이다. 예시적으로 도 14를 참조하여, 캐시 미스된 어드레스에 대한 읽기 동작이 재수행되는 경우에서의 읽기 캐싱 동작이 설명된다. 도 1 및 도 14를 참조하면, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 모듈 컨트롤러(110), 휘발성 메모리(121), NVM 제어기(122), 불휘발성 메모리(123), 및 데이터 버퍼(130)를 포함한다. 간결한 설명을 위하여, 앞서 설명된 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략된다.15 is a block diagram for explaining the operation of FIG. 14 in detail. As an example, referring to FIG. 14 , a read caching operation in the case where a read operation for an address that has a cache miss is re-performed will be described. 1 and 14, the nonvolatile memory module 100 includes a module controller 110, a volatile memory 121, an NVM controller 122, a nonvolatile memory 123, and a data buffer 130. do. For concise description, detailed descriptions of the components described above are omitted.

앞서 설명된 바와 같이, 불휘발성 메모리 모듈(100)의 읽기 동작에서, 캐시 미스가 발생한 경우, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 캐시 미스된 어드레스(예를 들어, 제1 어드레스(ADD1))에 대응하는 불휘발성 메모리(123)로부터의 데이터(DT_n)가 준비되었음을 가리키는 준비 신호(R)를 프로세서(101)로 제공한다. 프로세서(101)는 준비 신호에 응답하여, 모듈 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(NRD, ADD1)를 불휘발성 메모리 모듈(100)로 전송한다. 이 때, 모듈 읽기 커맨드(NRD)는 불휘발성 메모리(123)로부터의 데이터(DT_n)를 읽기 위한 커맨드이다.As described above, when a cache miss occurs in a read operation of the nonvolatile memory module 100, the nonvolatile memory module 100 responds to the cache miss address (eg, the first address ADD1). A preparation signal R indicating that the data DT_n from the nonvolatile memory 123 to be prepared is provided to the processor 101. The processor 101 transmits a module read command and first addresses NRD and ADD1 to the nonvolatile memory module 100 in response to the preparation signal. At this time, the module read command NRD is a command for reading data DT_n from the nonvolatile memory 123 .

모듈 컨트롤러(110)는 모듈 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(NRD, ADD1)에 응답하여, NVM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v', ADD1)를 NVM 제어기(122)로 전송하고, VM 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR_v, ADD1)를 휘발성 메모리(121)로 전송할 수 있다. The module controller 110 transmits the NVM read command and the first addresses RD_v' and ADD1 to the NVM controller 122 in response to the module read command and the first addresses NRD and ADD1, and transmits the VM write command and 1 address (WR_v, ADD1) can be transferred to the volatile memory 121.

NVM 제어기(122)는 NVM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_v', ADD1)에 응답하여, 불휘발성 메모리(123)로부터의 데이터(DT_n)를 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 출력할 수 있다. 예시적으로, 모듈 컨트롤러(110)는 데이터(DT_n)가 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 출력되는 타이밍에 동기하여 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 태그(TAG_n)를 출력할 수 있다. 예시적으로, 태그(TAG_n)는 제1 어드레스(ADD1)의 적어도 일부를 포함할 수 있다.The NVM controller 122 may output data DT_n from the nonvolatile memory 123 through the memory data line MDQ in response to the NVM read command and the first addresses RD_v' and ADD1. For example, the module controller 110 may output the tag TAG_n through the tag data line TDQ in synchronization with the timing at which the data DT_n is output through the memory data line MDQ. For example, the tag TAG_n may include at least a part of the first address ADD1.

휘발성 메모리(121)는 VM 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR_v, ADD1)에 응답하여 메모리 데이터 라인(MDQ)을 통해 수신되는 데이터(DT_n) 및 태그 데이터 라인(TDQ)을 통해 수신되는 태그(TAG_n)를 제1 어드레스(ADD1)의 일부와 대응되는 제1 엔트리(ET1)에 기입할 수 있다.The volatile memory 121 includes data DT_n received through the memory data line MDQ and a tag TAG_n received through the tag data line TDQ in response to the VM write command and the first addresses WR_v and ADD1. may be written in the first entry ET1 corresponding to a part of the first address ADD1.

예시적으로, 데이터 버퍼(130)는 모듈 컨트롤러(110)의 제어에 따라 메모리 데이터 라인(MDQ) 상의 데이터(DT_n)를 데이터 라인(DQ)을 통해 프로세서(101)로 전송할 수 있다.For example, the data buffer 130 may transmit the data DT_n on the memory data line MDQ to the processor 101 through the data line DQ under the control of the module controller 110 .

상술된 바와 같이, 휘발성 메모리(121) 및 NVM 제어기(122)는 메모리 데이터 라인(MDQ)을 서로 공유하기 때문에, NVM 제어기(122)로부터 데이터(DT_n)가 출력될 때, 데이터(DT_n)가 휘발성 메모리(121)에 기입될 수 있다. 즉, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 읽기 캐싱 동작을 수행할 수 있다. As described above, since the volatile memory 121 and the NVM controller 122 share the memory data line MDQ, when the data DT_n is output from the NVM controller 122, the data DT_n is volatile. may be written to the memory 121 . That is, the nonvolatile memory module 100 may perform a read caching operation.

도 16은 도 2의 불휘발성 메모리 모듈의 다른 예를 보여주는 블록도이다. 도 17은 도 16의 캐시 관리자의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 18은 도 16의 불휘발성 메모리 모듈의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 1 및 도 16 내지 도 17을 참조하면, 불휘발성 메모리 모듈(200)은 모듈 컨트롤러(210), 휘발성 메모리(221), NVM 제어기(222), 불휘발성 메모리(223), 및 데이터 버퍼(230)를 포함할 수 있다. 간결한 설명을 위하여, 앞서 설명된 구성 요소들에 대한 상세한 설명은 생략된다.16 is a block diagram showing another example of the nonvolatile memory module of FIG. 2 . FIG. 17 is a diagram for explaining the operation of the cache manager of FIG. 16 . FIG. 18 is a timing diagram for explaining the operation of the nonvolatile memory module of FIG. 16 . 1 and 16 to 17, the nonvolatile memory module 200 includes a module controller 210, a volatile memory 221, an NVM controller 222, a nonvolatile memory 223, and a data buffer 230. ) may be included. For concise description, detailed descriptions of the components described above are omitted.

도 2의 불휘발성 메모리 모듈(100)과 달리 도 16의 불휘발성 메모리 모듈(200)의 모듈 컨트롤러(210)는 캐시 관리자(CM)를 더 포함한다.Unlike the nonvolatile memory module 100 of FIG. 2 , the module controller 210 of the nonvolatile memory module 200 of FIG. 16 further includes a cache manager (CM).

캐시 관리자(CM)는 불휘발성 메모리(223)의 캐시 메모리인 휘발성 메모리(221)를 효율적으로 관리하기 위한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 불휘발성 메모리 모듈(100)의 읽기 동작에서, 캐시 미스가 발생한 경우, 캐시 관리자(CM)는 캐시 미스된 어드레스 정보를 관리할 수 있다. 이 후, 캐시 미스된 어드레스에 대한 읽기 동작이 수행될 경우, 캐시 관리자(CM)는 불휘발성 메모리(223)로부터 캐시 미스된 어드레스에 대응되는 데이터가 출력되도록 NVM 커맨드/어드레스(CA_n) 및 VM 커맨드/어드레스(CA_v)를 제어할 수 있다.The cache manager CM may perform an operation for efficiently managing the volatile memory 221 , which is the cache memory of the nonvolatile memory 223 . For example, when a cache miss occurs during a read operation of the nonvolatile memory module 100, the cache manager CM may manage cache miss address information. Then, when a read operation is performed on the cache miss address, the cache manager CM uses the NVM command/address CA_n and the VM command to output data corresponding to the cache miss address from the nonvolatile memory 223. / Address (CA_v) can be controlled.

예시적으로, 캐시 관리자(CM)는 캐시 미스된 어드레스들에 대한 트랜잭션 아이디(TID)를 부여 및 관리할 수 있다. 예를 들어, 도 16에 도시된 바와 같이, 불휘발성 메모리 모듈(200)은 프로세서(101)의 요청에 따라, 제1 내지 제6 어드레스들(ADD1~ADD6)에 대한 읽기 동작을 순차적으로 수행할 수 있다. 먼저, 제1 어드레스(ADD1)에 대한 읽기 동작에서, 캐시 미스가 발생할 수 있다. 이 경우, 캐시 관리자(CM)는 캐시 미스된 제 1어드레스(ADD1)에 대하여 제1 트랜잭션 아이디(TID1)를 부여한다. 이 후, 제2 어드레스(ADD2)에 대한 읽기 동작에서, 캐시 히트가 발생할 수 있다. 이 경우, 캐시 관리자(CM)는 별도의 동작을 수행하지 않을 수 있다. 이 후, 제3 어드레스(ADD3)에 대한 읽기 동작에서, 캐시 미스가 발생할 수 있다. 이 경우, 캐시 관리자(CM)는 캐시 미스된 제3 어드레스(ADD3)에 대하여 제2 트랜잭션 아이디(TID2)를 부여할 수 있다. 마찬가지로, 제4 및 제5 어드레스들(ADD4, ADD5)에 대한 읽기 동작들에서, 캐시 히트가 발생하고, 제6 어드레스(ADD6)에 대한 읽기 동작에서, 캐시 미스가 발생한 경우, 제6 어드레스(ADD6)에 대하여 제3 트랜잭션 아이디(TID3)를 부여할 수 있다. 제1 내지 제3 트랜잭션 아이디들(TID1, TID2, TID3)은 단조 증가 형태로 구현될 수 있다.Illustratively, the cache manager (CM) may assign and manage transaction IDs (TIDs) for cache miss addresses. For example, as shown in FIG. 16 , the nonvolatile memory module 200 sequentially performs a read operation on the first to sixth addresses ADD1 to ADD6 according to a request of the processor 101. can First, a cache miss may occur in a read operation for the first address ADD1. In this case, the cache manager (CM) assigns a first transaction ID (TID1) to the cache miss first address (ADD1). Thereafter, a cache hit may occur in a read operation for the second address ADD2. In this case, the cache manager (CM) may not perform a separate operation. Thereafter, a cache miss may occur in a read operation for the third address ADD3. In this case, the cache manager (CM) may assign a second transaction ID (TID2) to the third address ADD3 having a cache miss. Similarly, when a cache hit occurs in the read operations to the fourth and fifth addresses ADD4 and ADD5 and a cache miss occurs in the read operation to the sixth address ADD6, the sixth address ADD6 ), a third transaction ID (TID3) may be assigned. The first to third transaction IDs TID1, TID2, and TID3 may be implemented in a monotonically increasing form.

즉, 캐시 관리자(CM)는 캐시 미스된 어드레스들을 관리하되, 캐시 미스가 발생할 때마다, 캐시 미스된 어드레스들에 대하여 트랜잭션 아이디를 부여한다. 이 때, 트랜잭션 아이디는 단조 증가 형태로 증가할 수 있다.That is, the cache manager (CM) manages cache miss addresses, but assigns a transaction ID to cache miss addresses whenever a cache miss occurs. At this time, the transaction ID may increase monotonically.

예시적으로, 불휘발성 메모리 모듈(200)은 캐시 미스된 어드레스들에 대하여 프로세서(101)로부터 어드레스 정보 대신 트랜잭션 아이디(TID)를 수신할 수 있다. 예를 들어, 도 18에 도시된 바와 같이, For example, the nonvolatile memory module 200 may receive transaction IDs (TIDs) instead of address information from the processor 101 for cache miss addresses. For example, as shown in FIG. 18,

불휘발성 메모리 모듈(200)은 프로세서(101)로부터 모듈 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD, ADD1)를 수신하고, 수신된 신호들에 응답하여, NVM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(ADD1)를 NVM 제어기(222)로 제공하고, VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(ADD1)를 휘발성 메모리(221)로 제공한다. 휘발성 메모리(221)는 VM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(ADD1)에 응답하여 제1 데이터(DT_v1) 및 제1 태그(TAG_v1)를 출력할 수 있다.The nonvolatile memory module 200 receives a module read command and first addresses RD and ADD1 from the processor 101, and transmits the NVM read command and the first address ADD1 to the NVM controller in response to the received signals. 222, and provides the VM read command and the first address ADD1 to the volatile memory 221. The volatile memory 221 may output the first data DT_v1 and the first tag TAG_v1 in response to the VM read command and the first address ADD1.

마찬가지로, 불휘발성 메모리 모듈(200)은 모듈 읽기 커맨드 및 제2 어드레스(RD, ADD2)를 수신하고, 수신된 신호들에 응답하여, NVM 읽기 커맨드 및 제2 어드레스(ADD2)를 NVM 제어기(222)로 제공하고, VM 읽기 커맨드 및 제2 어드레스(ADD2)를 휘발성 메모리(221)로 제공한다. 휘발성 메모리(221)는 VM 읽기 커맨드 및 제2 어드레스(ADD2)에 응답하여 제2 데이터(DT_v2) 및 제2 태그(TAG_v2)를 출력할 수 있다. Similarly, the nonvolatile memory module 200 receives the module read command and the second addresses RD and ADD2, and transmits the NVM read command and the second address ADD2 to the NVM controller 222 in response to the received signals. , and provides the VM read command and the second address ADD2 to the volatile memory 221 . The volatile memory 221 may output the second data DT_v2 and the second tag TAG_v2 in response to the VM read command and the second address ADD2.

휘발성 메모리(221)로부터의 제1 및 제2 데이터(DT_v1, DT_v2)는 제1 및 제2 어드레스들(ADD1, ADD2)에 대응되는 데이터가 아닐 수 있다. 즉, 제1 및 제2 어드레스들(ADD1, ADD2)에 대한 읽기 동작에서, 캐시 미스가 발생할 수 있다. 이 경우, 캐시 관리자(CM)는 제1 어드레스(ADD1)에 대하여 제1 트랜잭션 아이디(TID1)를 부여하고, 제2 어드레스(ADD2)에 대하여 제2 트랜잭션 아이디(TID2)를 부여할 수 있다.The first and second data DT_v1 and DT_v2 from the volatile memory 221 may not be data corresponding to the first and second addresses ADD1 and ADD2. That is, a cache miss may occur in a read operation for the first and second addresses ADD1 and ADD2 . In this case, the cache manager CM may assign a first transaction ID TID1 to the first address ADD1 and assign a second transaction ID TID2 to the second address ADD2.

앞서 설명된 바와 같이, NVM 제어기(222)는 제1 및 제2 태그들(TAG_v1, TAG_v2)을 수신하고, 수신된 제1 및 제2 태그들(TAG_v1, TAG_v2)을 기반으로, 캐시 미스가 발생했음을 인지할 수 있다. 이 경우, NVM 제어기(222)는 제1 및 제2 어드레스들(ADD1, ADD2)에 대응하는 데이터를 불휘발성 메모리(223)로부터 준비할 수 있다.As described above, the NVM controller 222 receives the first and second tags TAG_v1 and TAG_v2, and a cache miss occurs based on the received first and second tags TAG_v1 and TAG_v2. can recognize that it has been done. In this case, the NVM controller 222 may prepare data corresponding to the first and second addresses ADD1 and ADD2 from the nonvolatile memory 223 .

예시적으로, NVM 제어기(222)가 제1 어드레스(ADD1)에 대응하는 데이터(DT_n1)를 먼저 준비한 경우, 불휘발성 메모리 모듈(200)은 프로세서(101)로 준비 신호(R)를 제공할 수 있다. 프로세서(101)는 준비 신호(R)에 응답하여 상태 읽기 커맨드(RD_STS)를 불휘발성 메모리 모듈(200)로 전송할 수 있다.For example, when the NVM controller 222 first prepares the data DT_n1 corresponding to the first address ADD1, the nonvolatile memory module 200 may provide the preparation signal R to the processor 101. there is. The processor 101 may transmit the state read command RD_STS to the nonvolatile memory module 200 in response to the preparation signal R.

불휘발성 메모리 모듈(200)은 상태 읽기 커맨드(RD_STS)에 응답하여, 트랜잭션 아이디(TID)에 대한 상태 정보를 메모리 데이터 라인(MDQ) 및 데이터 라인(DQ)을 통해 프로세서(101)로 전송할 수 있다. 예시적으로, 상태 읽기 커맨드(RD_STS)는 불휘발성 메모리 모듈(200)의 특정 영역, 상태 레지스터, 또는 다목적 레지스터 등을 읽기 위하여 미리 정의된 커맨드일 수 있다. 예시적으로, 트랜잭션 아이디(TID)에 대한 상태 정보는 불휘발성 메모리 모듈(200)의 특정 영역, 상태 레지스터, 또는 다목적 레지스터에 설정될 수 있다. 예시적으로, 트랜잭션 아이디(TID)에 대한 상태 정보는 비트맵 형태로 구현될 수 있다.The nonvolatile memory module 200 may transmit state information about the transaction ID (TID) to the processor 101 through the memory data line MDQ and data line DQ in response to the read state command RD_STS. . For example, the status read command RD_STS may be a predefined command for reading a specific area, a status register, or a multi-purpose register of the nonvolatile memory module 200 . For example, state information on the transaction ID (TID) may be set in a specific area, a state register, or a multi-purpose register of the nonvolatile memory module 200 . Illustratively, state information on a transaction ID (TID) may be implemented in a bitmap format.

예시적으로, 불휘발성 메모리 모듈(200)은 트랜잭션 아이디(TID)에 대한 상태 정보로써 제1 트랜잭션 아이디(TID1)의 준비 완료에 대한 정보를 전송할 수 있다. 프로세서(101)는 수신된 상태 정보에 응답하여 모듈 읽기 커맨드 및 제1 트랜잭션 아이디(TID1)를 불휘발성 메모리 모듈(200)로 전송할 수 있다.Illustratively, the nonvolatile memory module 200 may transmit information on completion of preparation of the first transaction ID TID1 as state information on the transaction ID TID. The processor 101 may transmit a module read command and a first transaction ID TID1 to the nonvolatile memory module 200 in response to the received status information.

불휘발성 메모리 모듈(200)은 수신된 모듈 읽기 커맨드 및 제1 트랜잭션 아이디(TID1)에 응답하여, 제1 트랜잭션 아이디(TID1)에 대응되는 데이터(DT_n)가 불휘발성 메모리(223)로부터 출력되도록 NVM 커맨드/어드레스(CA_n) 및 VM 커맨드/어드레스(CA_v)를 제어할 수 있다.The nonvolatile memory module 200 outputs the data DT_n corresponding to the first transaction ID TID1 from the nonvolatile memory 223 in response to the received module read command and the first transaction ID TID1. Command/address CA_n and VM command/address CA_v can be controlled.

예를 들어, 캐시 관리자(CM)는 수신된 모듈 읽기 커맨드 및 제1 트랜잭션 아이디(TID1)에 응답하여, NVM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_n', ADD1)를 NVM 제어기(222)로 제공하고, VM 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스(WR_v, ADD1)를 휘발성 메모리(121)로 제공할 수 있다. 즉, 캐시 관리자(CM)는 프로세서(101)로부터 트랜잭션 아이디(TID)를 수신하되, 트랜잭션 아이디(TID)를 대응되는 어드레스(ADD)로 변환하여 휘발성 메모리(221) 및 NVM 제어기(222)로 제공할 수 있다. For example, the cache manager (CM) provides the NVM read command and the first addresses (RD_n', ADD1) to the NVM controller 222 in response to the received module read command and the first transaction ID (TID1), The VM write command and the first addresses WR_v and ADD1 may be provided to the volatile memory 121 . That is, the cache manager (CM) receives the transaction ID (TID) from the processor 101, converts the transaction ID (TID) into a corresponding address (ADD) and provides it to the volatile memory 221 and the NVM controller 222 can do.

휘발성 메모리(221) 및 NVM 제어기(222) 각각은 수신된 신호들에 응답하여 앞서 설명된 읽기 캐싱 동작을 수행할 수 있다.Each of the volatile memory 221 and the NVM controller 222 may perform the above-described read caching operation in response to received signals.

도 19는 도 2의 불휘발성 메모리 모듈의 다른 동작을 보여주는 순서도이다. 간결한 설명을 위하여, 앞서 설명된 구성 요소들에 대한 상세한 설명은 생략된다. 도 1, 도 2, 및 도 19를 참조하면, S410 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 프로세서(101)로부터 모듈 읽기 커맨드 및 어드레스(ADD)를 수신한다.19 is a flowchart showing other operations of the nonvolatile memory module of FIG. 2 . For concise description, detailed descriptions of the components described above are omitted. Referring to FIGS. 1 , 2 , and 19 , in step S410 , the nonvolatile memory module 100 receives a module read command and an address ADD from the processor 101 .

S420 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 캐시 미스 또는 캐시 히트 여부를 판별할 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명된 바와 같이, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 휘발성 메모리(121)의 복수의 엔트리들 중 어드레스(ADD)의 일부와 대응되는 엔트리에 저장된 태그를 기반으로 캐시 히트 또는 캐시 미스 여부를 판별할 수 있다.In step S420, the nonvolatile memory module 100 may determine whether there is a cache miss or a cache hit. For example, as described above, the nonvolatile memory module 100 detects a cache hit or cache miss based on a tag stored in an entry corresponding to a part of the address ADD among a plurality of entries of the volatile memory 121. It can be determined whether

판별 결과가 캐시 히트를 가리키는 경우, S430 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 휘발성 메모리(121)로부터의 데이터(DT_v) 및 캐시 히트를 가리키는 캐시 정보(INFO)를 출력할 수 있다.When the determination result indicates a cache hit, in step S430 , the nonvolatile memory module 100 may output data DT_v from the volatile memory 121 and cache information INFO indicating the cache hit.

판별 결과가 캐시 미스를 가리키는 경우, S440 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 휘발성 메모리(121)로부터의 데이터(DT_v) 및 캐시 미스를 가리키는 캐시 정보(INFO)를 출력할 수 있다.When the determination result indicates a cache miss, in step S440 , the nonvolatile memory module 100 may output data DT_v from the volatile memory 121 and cache information INFO indicating the cache miss.

이후, S450 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 프로세서(101)로부터 모듈 읽기 커맨드 및 어드레스(NCRD, ADD)를 수신할 수 있다. 예시적으로, 모듈 읽기 커맨드(NCRD)는 읽기 캐싱 동작을 수행하지 않고, 불휘발성 메모리(123)로부터의 데이터(DT_n)를 읽기 위한 커맨드일 수 있다. 예를 들어, 캐시 미스된 어드레스(ADD)에 대응하는 데이터의 엑세스 빈도가 낮거나 또는 1회의 엑세스만 수행될 수 있다. 이 경우, 프로세서(101)는 모듈 읽기 커맨드(NCRD)를 불휘발성 메모리 모듈(100)로 제공함으로써, 불필요한 읽기 캐싱 동작을 방지할 수 있다.Thereafter, in step S450 , the nonvolatile memory module 100 may receive a module read command and address (NCRD, ADD) from the processor 101 . For example, the module read command NCRD may be a command for reading data DT_n from the nonvolatile memory 123 without performing a read caching operation. For example, the access frequency of the data corresponding to the cache miss address ADD may be low or only one access may be performed. In this case, the processor 101 may prevent an unnecessary read caching operation by providing the module read command NCRD to the nonvolatile memory module 100 .

예시적으로, 앞서 설명된 모듈 읽기 커맨드들(RD, NRD, NCRD) 각각은 프로세서(101) 및 불휘발성 메모리 모듈(100) 사이의 통신 규약에 따라 미리 정의된 신호들 또는 커맨드들일 수 있다.For example, each of the above-described module read commands RD, NRD, and NCRD may be predefined signals or commands according to communication protocols between the processor 101 and the nonvolatile memory module 100 .

S460 단계에서, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 읽기 캐싱 동작 없이 불휘발성 메모리(123)로부터의 데이터(DT_n)를 프로세서(101)로 출력할 수 있다.In step S460, the nonvolatile memory module 100 may output data DT_n from the nonvolatile memory 123 to the processor 101 without a read caching operation.

도 20은 도 19의 동작을 상세하게 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 1, 도 2, 및 도 20을 참조하면, 모듈 컨트롤러(110)는 프로세서(101)로부터 모듈 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(ADD1)를 수신할 수 있다. 모듈 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(ADD1)에 따른 모듈 컨트롤러(110), 휘발성 메모리(121)의 동작은 도 8을 참조하여 설명되었으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.20 is a timing diagram for explaining the operation of FIG. 19 in detail. Referring to FIGS. 1 , 2 , and 20 , the module controller 110 may receive a module read command and a first address ADD1 from the processor 101 . Since the operations of the module controller 110 and the volatile memory 121 according to the module read command and the first address ADD1 have been described with reference to FIG. 8 , a detailed description thereof will be omitted.

모듈 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(ADD1)에 따른 읽기 동작에서, 캐시 미스(M)가 발생할 수 있다. 이 경우, NVM 제어기(122)는 제1 어드레스(ADD1)에 대응하는 데이터(DT_n)는 준비하고, 데이터(DT_n)가 준비된 이후에, 모듈 컨트롤러(110)는 준비 신호(R)를 프로세서(101)로 제공할 수 있다.In a read operation according to the module read command and the first address ADD1, a cache miss M may occur. In this case, the NVM controller 122 prepares the data DT_n corresponding to the first address ADD1, and after the data DT_n is prepared, the module controller 110 transmits the preparation signal R to the processor 101 ) can be provided.

프로세서(101)는 준비 신호(R)에 응답하여 모듈 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(NCRD, ADD1)를 모듈 컨트롤러(110)로 제공할 수 있다. 예시적으로, 모듈 읽기 커맨드(NCRD)는 앞서 설명된 바와 같이 읽기 캐싱 동작 없이 불휘발성 메모리(123)로부터의 데이터(DT_n)를 읽기 위한 커맨드일 수 있다.The processor 101 may provide a module read command and first addresses NCRD and ADD1 to the module controller 110 in response to the preparation signal R. For example, the module read command NCRD may be a command for reading data DT_n from the nonvolatile memory 123 without a read caching operation as described above.

모듈 컨트롤러(110)는 모듈 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(NCRD, ADD1)에 응답하여, NVM 읽기 커맨드 및 제1 어드레스(RD_n', ADD1)를 NVM 제어기(122)로 제공하고, NVM 제어기(122)는 수신된 신호에 응답하여 데이터(DT_n)를 출력할 수 있다.The module controller 110 provides the NVM read command and the first addresses RD_n' and ADD1 to the NVM controller 122 in response to the module read command and the first addresses NCRD and ADD1, and the NVM controller 122 may output data DT_n in response to the received signal.

예시적으로, 모듈 읽기 커맨드(NCRD)는 읽기 캐싱 동작 없이 불휘발성 메모리(123)로부터의 데이터(DT_n)를 읽기 위한 커맨드이므로, 모듈 컨트롤러(110)는 읽기 캐싱 동작을 위하여 휘발성 메모리(121)로 제공되는 VM 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스를 제공하지 않을 것이다. 또한, 모듈 컨트롤러(110)는 불휘발성 메모리(123)로부터의 데이터(DT_n)에 대응하는 태그(DT_n)를 제공하지 않을 것이다.For example, since the module read command NCRD is a command for reading the data DT_n from the nonvolatile memory 123 without a read caching operation, the module controller 110 transfers the data to the volatile memory 121 for the read caching operation. It will not provide the VM write command and first address provided. Also, the module controller 110 will not provide a tag DT_n corresponding to the data DT_n from the nonvolatile memory 123 .

상술된 바와 같이, 불휘발성 메모리 모듈(100)은 프로세서(101)의 요청에 따라 읽기 캐싱 동작을 생략할 수 있다. As described above, the nonvolatile memory module 100 may omit the read caching operation according to the request of the processor 101 .

도 21은 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 모듈에 포함된 불휘발성 메모리를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 21을 참조하면, 불휘발성 메모리(1100)는 메모리 셀 어레이(1110), 어드레스 디코더(1120), 제어 로직 회로(1130), 페이지 버퍼(1140), 및 입출력 회로(1150)를 포함한다.21 is a block diagram exemplarily showing a nonvolatile memory included in a nonvolatile memory module according to the present invention. Referring to FIG. 21 , a nonvolatile memory 1100 includes a memory cell array 1110, an address decoder 1120, a control logic circuit 1130, a page buffer 1140, and an input/output circuit 1150.

메모리 셀 어레이(1110)는 복수의 메모리 블록들을 포함하고, 복수의 메모리 블록들 각각은 복수의 메모리 셀들을 포함한다. 복수의 메모리 셀들 각각은 복수의 워드라인들(WL)과 각각 연결될 수 있다. 복수의 메모리 셀들 각각은 1-비트를 저장하는 싱글 레벨 셀(SLC)이거나 또는 적어도 2-비트를 저장하는 멀티 레벨 셀(MLC)일 수 있다.The memory cell array 1110 includes a plurality of memory blocks, and each of the plurality of memory blocks includes a plurality of memory cells. Each of the plurality of memory cells may be respectively connected to a plurality of word lines WL. Each of the plurality of memory cells may be a single-level cell (SLC) that stores 1-bit or a multi-level cell (MLC) that stores at least 2-bits.

어드레스 디코더(1120)는 NVM 제어기(112)(도 2 참조)로부터 어드레스(ADDR)를 수신하고, 수신된 어드레스(ADDR)를 디코딩할 수 있다. 예시적으로, NVM 제어기(112)로부터 수신된 어드레스(ADDR)는 불휘발성 메모리(1100)의 저장 영역의 물리적 위치를 가리키는 물리적 어드레스(physical address)일 수 있다. 어드레스 디코더(1120)는 디코딩된 어드레스를 기반으로 복수의 워드라인들(WL) 중 적어도 하나의 워드라인을 선택하고, 선택된 워드라인의 전압을 구동할 수 있다.The address decoder 1120 may receive the address ADDR from the NVM controller 112 (see FIG. 2 ) and decode the received address ADDR. For example, the address ADDR received from the NVM controller 112 may be a physical address indicating a physical location of a storage area of the nonvolatile memory 1100 . The address decoder 1120 may select at least one word line among a plurality of word lines WL based on the decoded address and drive a voltage of the selected word line.

제어 로직 회로(1130)는 NVM 제어기(112)(도 2 참조)로부터 커맨드(CMD) 및 제어 신호(CTRL)를 수신하고, 수신된 신호들에 응답하여 어드레스 디코더(1120), 페이지 버퍼(1140), 및 입출력 회로(1150)를 제어할 수 있다.The control logic circuit 1130 receives a command CMD and a control signal CTRL from the NVM controller 112 (see FIG. 2), and in response to the received signals, the address decoder 1120 and the page buffer 1140 , and the input/output circuit 1150 can be controlled.

페이지 버퍼(1140)는 복수의 비트 라인들(BL)을 통해 메모리 셀 어레이(1110)와 연결되고, 복수의 데이터 라인들(DL)을 통해 입출력 회로(1150)와 연결된다. 페이지 버퍼(1140)는 복수의 비트 라인들(BL)의 전압을 감지하여 메모리 셀 어레이(1110)에 저장된 데이터를 읽을 수 있다. 또는 페이지 버퍼(1140)는 복수의 데이터 라인들(DL)을 통해 수신되는 데이터를 기반으로 복수의 비트 라인들(BL)의 전압을 제어할 수 있다.The page buffer 1140 is connected to the memory cell array 1110 through a plurality of bit lines BL and connected to the input/output circuit 1150 through a plurality of data lines DL. The page buffer 1140 may read data stored in the memory cell array 1110 by sensing voltages of the plurality of bit lines BL. Alternatively, the page buffer 1140 may control voltages of the plurality of bit lines BL based on data received through the plurality of data lines DL.

입출력 회로(1150)는 제어 로직 회로(1130)의 제어에 따라 NVM 제어기(112)(도 2 참조)로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터를 페이지 버퍼(1140)로 전달할 수 있다. 또는 입출력 회로(1150)는 페이지 버퍼(1140)로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터를 NVM 제어기(112)로 전달할 수 있다.The input/output circuit 1150 may receive data from the NVM controller 112 (see FIG. 2 ) under the control of the control logic circuit 1130 and transfer the received data to the page buffer 1140 . Alternatively, the input/output circuit 1150 may receive data from the page buffer 1140 and transfer the received data to the NVM controller 112 .

예시적으로, NVM 제어기(122)는 모듈 컨트롤러(110)(도 2 참조)로부터의 NVM 커맨드/어드레스(CA_v)를 기반으로 어드레스(ADDR), 커맨드(CMD), 및 제어 신호(CTRL)를 생성할 수 있다. Illustratively, the NVM controller 122 generates an address ADDR, a command CMD, and a control signal CTRL based on the NVM command/address CA_v from the module controller 110 (see FIG. 2). can do.

도 22는 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 모듈의 불휘발성 메모리에 포함된 메모리 블록들 중 제1 메모리 블록을 예시적으로 보여주는 회로도이다. 예시적으로, 도 22를 참조하여 3차원 구조의 제1 메모리 블록(BLK1)이 설명된다. 그러나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 메모리 블록들 또한 제1 메모리 블록(BLK1)과 유사한 구조를 가질 수 있다.22 is a circuit diagram exemplarily showing a first memory block among memory blocks included in a nonvolatile memory of a nonvolatile memory module according to the present invention. As an example, a first memory block BLK1 having a 3D structure will be described with reference to FIG. 22 . However, the scope of the present invention is not limited thereto, and other memory blocks may also have a structure similar to that of the first memory block BLK1.

도 22를 참조하면, 제1 메모리 블록(BLK1)은 복수의 셀 스트링들(CS11, CS12, CS21, CS22)을 포함한다. 복수의 셀 스트링들(CS11, CS12, CS21, CS22)은 행 방향(row direction) 및 열 방향(column direction)을 따라 배치되어 행들 및 열들을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 22 , the first memory block BLK1 includes a plurality of cell strings CS11, CS12, CS21, and CS22. The plurality of cell strings CS11 , CS12 , CS21 , and CS22 may be disposed along a row direction and a column direction to form rows and columns.

복수의 셀 스트링들(CS11, CS12, CS21, CS22) 각각은 복수의 셀 트랜지스터들을 포함한다. 예를 들어, 복수의 셀 스트링들(CS11, CS12, CS21, CS22) 각각은 스트링 선택 트랜지스터들(SSTa, SSTb), 복수의 메모리 셀들(MC1~MC8), 접지 선택 트랜지스터들(GSTa, GSTb), 및 더미 메모리 셀들(DMC1, DMC2)을 포함할 수 있다. 예시적으로, 복수의 셀 스트링들(CS11, CS12, CS21, CS22)에 포함된 복수의 셀 트랜지스터들 각각은 전하 트랩형 플래시(CTF; charge trap flash) 메모리 셀일 수 있다.Each of the plurality of cell strings CS11 , CS12 , CS21 , and CS22 includes a plurality of cell transistors. For example, each of the plurality of cell strings CS11, CS12, CS21, and CS22 includes string select transistors SSTa and SSTb, a plurality of memory cells MC1 to MC8, ground select transistors GSTa and GSTb, and dummy memory cells DMC1 and DMC2. For example, each of the plurality of cell transistors included in the plurality of cell strings CS11 , CS12 , CS21 , and CS22 may be a charge trap flash (CTF) memory cell.

복수의 메모리 셀들(MC1~MC8)은 직렬 연결되며, 행 방향 및 열 방향에 의해 형성된 평면과 수직한 방향인 높이 방향(height direction)으로 적층된다. 스트링 선택 트랜지스터들(SSTa, SSTb)은 직렬 연결되고, 직렬 연결된 스트링 선택 트랜지스터들(SSTa, SSTb)은 복수의 메모리 셀들(MC1~MC8) 및 비트라인(BL) 사이에 제공된다. 접지 선택 트랜지스터들(GSTa, GSTb)은 직렬 연결되고, 직렬 연결된 접지 선택 트랜지스터들(GSTa, GSTb)은 복수의 메모리 셀들(MC1~MC8) 및 공통 소스 라인(CSL) 사이에 제공된다.The plurality of memory cells MC1 to MC8 are connected in series and stacked in a height direction that is perpendicular to a plane formed by row and column directions. The string select transistors SSTa and SSTb are connected in series, and the string select transistors SSTa and SSTb connected in series are provided between the plurality of memory cells MC1 to MC8 and the bit line BL. The ground select transistors GSTa and GSTb are serially connected, and the serially connected ground select transistors GSTa and GSTb are provided between the plurality of memory cells MC1 to MC8 and the common source line CSL.

예시적으로, 복수의 메모리 셀들(MC1~MC8) 및 접지 선택 트랜지스터들(GSTa, GSTb) 사이에 제1 더미 메모리 셀(DMC1)이 제공될 수 있다. 예시적으로, 복수의 메모리 셀들(MC1~MC8) 및 스트링 선택 트랜지스터들(SSTa, SSTb) 사이에 제2 더미 메모리 셀(DMC2)이 제공될 수 있다. For example, a first dummy memory cell DMC1 may be provided between the plurality of memory cells MC1 to MC8 and the ground select transistors GSTa and GSTb. For example, a second dummy memory cell DMC2 may be provided between the plurality of memory cells MC1 to MC8 and the string select transistors SSTa and SSTb.

셀 스트링들(CS11, CS12, CS21, CS22)의 접지 선택 트랜지스터들(GSTa, GSTb)은 접지 선택 라인(GSL)에 공통으로 연결될 수 있다. 예시적으로, 동일한 행의 접지 선택 트랜지스터들은 동일한 접지 선택 라인에 연결될 수 있고, 다른 행의 접지 선택 트랜지스터들은 다른 접지 선택 라인에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 행의 셀 스트링들(CS11, CS12)의 제1 접지 선택 트랜지스터들(GSTa)은 제1 접지 선택 라인에 연결될 수 있고, 제2 행의 셀 스트링들(CS21, CS22)의 제1 접지 선택 트랜지스터들(GSTa)은 제2 접지 선택 라인에 연결될 수 있다.The ground select transistors GSTa and GSTb of the cell strings CS11 , CS12 , CS21 , and CS22 may be connected to the ground select line GSL in common. For example, ground select transistors in the same row may be connected to the same ground select line, and ground select transistors in different rows may be connected to different ground select lines. For example, the first ground select transistors GSTa of the cell strings CS11 and CS12 in the first row may be connected to the first ground select line, and the cell strings CS21 and CS22 in the second row may be connected to each other. The first ground select transistors GSTa may be connected to the second ground select line.

예시적으로, 도면에 도시되지는 않았으나, 기판(미도시)으로부터 동일한 높이에 제공되는 접지 선택 트랜지스터들은 동일한 접지 선택 라인에 연결될 수 있고, 다른 높이에 제공되는 접지 선택 트랜지스터들은 다른 접지 선택 라인에 연결될 수 있다. 예를 들어, 셀 스트링들(CS11, CS12, CS21, CS22)의 제1 접지 선택 트랜지스터들(GSTa)은 제1 접지 선택 라인에 연결되고, 제2 접지 선택 트랜지스터들(GSTb)은 제2 접지 선택 라인에 연결될 수 있다.For example, although not shown in the drawings, ground select transistors provided at the same height from a substrate (not shown) may be connected to the same ground select line, and ground select transistors provided at different heights may be connected to different ground select lines. can For example, the first ground select transistors GSTa of the cell strings CS11, CS12, CS21, and CS22 are connected to the first ground select line, and the second ground select transistors GSTb are connected to the second ground select line. can be connected to the line.

기판 또는 접지 선택 트랜지스터(GSTa, GSTb)으로부터 동일한 높이의 메모리 셀들은 동일한 워드라인에 공통으로 연결되고, 서로 다른 높이의 메모리 셀들은 서로 다른 워드라인에 연결된다. 예를 들어, 셀 스트링들(CS11, CS12, CS21, CS22)의 제1 내지 제8 메모리 셀들(MC8)은 제1 내지 제8 워드라인들(WL1~WL8)에 각각 공통으로 연결된다.Memory cells of the same height from the substrate or ground selection transistors GSTa and GSTb are commonly connected to the same word line, and memory cells of different heights are connected to different word lines. For example, the first to eighth memory cells MC8 of the cell strings CS11, CS12, CS21, and CS22 are commonly connected to the first to eighth word lines WL1 to WL8, respectively.

동일한 높이의 제1 스트링 선택 트랜지스터들(SSTa) 중 동일한 행의 스트링 선택 트랜지스터들은 동일한 스트링 선택 라인과 연결되고, 다른 행의 스트링 선택 트랜지스터들은 다른 스트링 선택 라인과 연결된다. 예를 들어, 제1 행의 셀 스트링들(CS11, CS12)의 제1 스트링 선택 트랜지스터들(SSTa)은 스트링 선택 라인(SSL1a)과 공통으로 연결되고, 제2 행의 셀 스트링들(CS21, CS22)의 제1 스트링 선택 트랜지스터들(SSTa)은 스트링 선택 라인(SSL1a)과 공통으로 연결된다.Among the first string select transistors SSTa having the same height, string select transistors in the same row are connected to the same string select line, and string select transistors in different rows are connected to different string select lines. For example, the first string select transistors SSTa of the cell strings CS11 and CS12 in the first row are connected in common with the string select line SSL1a, and the cell strings CS21 and CS22 in the second row are connected in common. The first string select transistors SSTa of ) are connected in common with the string select line SSL1a.

마찬가지로, 동일한 높이의 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SSTb) 중 동일한 행의 스트링 선택 트랜지스터들은 동일한 스트링 선택 라인과 연결되고, 다른 행의 스트링 선택 트랜지스터들은 다른 스트링 선택 라인과 연결된다. 예를 들어, 제1 행의 셀 스트링들(CS11, CS12)의 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SSTb)은 스트링 선택 라인(SSL1b)과 공통으로 연결되고, 제2 행의 셀 스트링들(CS21, CS22)의 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SSTb)은 스트링 선택 라인(SSL2b)과 공통으로 연결된다.Similarly, among the second string select transistors SSTb having the same height, string select transistors of the same row are connected to the same string select line, and string select transistors of different rows are connected to other string select lines. For example, the second string select transistors SSTb of the cell strings CS11 and CS12 in the first row are connected in common with the string select line SSL1b, and the cell strings CS21 and CS22 in the second row are connected in common. The second string select transistors SSTb of ) are connected in common with the string select line SSL2b.

예시적으로, 동일한 높이의 더미 메모리 셀들은 동일한 더미 워드라인과 연결되고, 다른 높이의 더미 메모리 셀들은 다른 더미 워드라인과 연결된다. 예를 들어, 제1 더미 메모리 셀들(DMC1)은 제1 더미 워드라인(DWL1)과 연결되고, 제2 더미 메모리 셀들(DMC2)은 제2 더미 워드라인(DWL2)과 연결된다. For example, dummy memory cells of the same height are connected to the same dummy word line, and dummy memory cells of different heights are connected to different dummy word lines. For example, the first dummy memory cells DMC1 are connected to the first dummy word line DWL1, and the second dummy memory cells DMC2 are connected to the second dummy word line DWL2.

예시적으로, 도 22에 도시된 제1 메모리 블록(BLK1)은 예시적인 것이며, 셀 스트링들의 개수는 증가 또는 감소할 수 있으며, 셀 스트링들의 개수에 따라 셀 스트링들이 구성하는 행들 및 열들의 개수는 증가 또는 감소할 수 있다. 또한, 제1 메모리 블록(BLK1)의 셀 트랜지스터들(GST, MC, DMC, SST 등)의 개수들은 각각 증가 또는 감소될 수 있으며, 셀 트랜지스터들의 개수들에 따라 제1 메모리 블록(BLK1)의 높이가 증가 또는 감소할 수 있다. 또한, 셀 트랜지스터들의 개수들에 따라 셀 트랜지스터들과 연결된 라인들(GSL, WL, DWL, SSL 등)의 개수들이 증가 또는 감소될 수 있다.As an example, the first memory block BLK1 shown in FIG. 22 is exemplary, the number of cell strings may increase or decrease, and the number of rows and columns constituted by the cell strings depends on the number of cell strings. may increase or decrease. Also, the number of cell transistors (GST, MC, DMC, SST, etc.) of the first memory block BLK1 may be increased or decreased, respectively, and the height of the first memory block BLK1 depends on the number of cell transistors. may increase or decrease. Also, the number of lines (GSL, WL, DWL, SSL, etc.) connected to the cell transistors may increase or decrease according to the number of cell transistors.

예시적으로, 본 발명에 따른 불휘발성 메모리는 상술된 구성에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상에 따른 예시적인 실시 예로서, 불휘발성 메모리는 3차원 메모리 어레이를 포함할 수 있다. 3차원 메모리 어레이는, 실리콘 기판 및 메모리 셀들의 동작에 연관된 회로의 위에 배치되는 활성 영역을 갖는 메모리 셀들의 어레이들의 하나 또는 그 이상의 물리 레벨들에 모놀리식으로(monolithically) 형성될 수 있다. 메모리 셀들의 동작에 연관된 회로는 기판 내에 또는 기판 위에 위치할 수 있다. 모놀리식(monolithically)이란 용어는, 3차원 어레이의 각 레벨의 층들이 3차원 어레이의 하위 레벨의 층들 위에 직접 증착됨을 의미한다.By way of example, the nonvolatile memory according to the present invention is not limited to the above-described configuration. As an exemplary embodiment according to the technical spirit of the inventive concept, the nonvolatile memory may include a 3D memory array. A three-dimensional memory array may be monolithically formed on one or more physical levels of arrays of memory cells having an active region disposed over a silicon substrate and circuitry associated with operation of the memory cells. Circuitry involved in the operation of the memory cells may be located in or on the substrate. The term monolithically means that the layers of each level of the three-dimensional array are deposited directly over the layers of lower levels of the three-dimensional array.

본 발명의 기술적 사상에 따른 예시적인 실시 예로서, 3차원 메모리 어레이는 수직의 방향성을 가지며, 적어도 하나의 메모리 셀이 다른 하나의 메모리 셀 위에 위치하는 수직 NAND 스트링들을 포함한다. 적어도 하나의 메모리 셀은 전하 트랩 층을 포함한다. 각각의 수직 NAND 스트링은 메모리 셀들 위에 위치하는 적어도 하나의 선택 트랜지스터를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 선택 트랜지스터는 메모리 셀들과 동일한 구조를 갖고, 메모리 셀들과 함께 모놀리식으로 형성될 수 있다.As an exemplary embodiment according to the technical concept of the inventive concept, a 3D memory array includes vertical NAND strings having a vertical direction and at least one memory cell positioned above another memory cell. At least one memory cell includes a charge trap layer. Each vertical NAND string may include at least one select transistor located over the memory cells. At least one select transistor has the same structure as the memory cells and may be monolithically formed with the memory cells.

3차원 메모리 어레이가 복수의 레벨들로 구성되고, 레벨들 사이에 공유된 워드 라인들 또는 비트 라인들을 갖고, 3차원 메모리 어레이에 적합한 구성은 미국등록특허공보 제7,679,133호, 미국등록특허공보 제8,553,466호, 미국등록특허공보 제8,654,587호, 미국등록특허공보 제8,559,235호, 그리고 미국공개특허공보 제2011/0233648호에 개시되어 있으며, 본 발명의 레퍼런스로 포함된다.Configurations in which the three-dimensional memory array is composed of a plurality of levels, with word lines or bit lines shared between the levels, suitable for the three-dimensional memory array are disclosed in U.S. Patent No. 7,679,133 and U.S. Patent No. 8,553,466. , US Patent Publication No. 8,654,587, US Patent Publication No. 8,559,235, and US Patent Publication No. 2011/0233648, which are incorporated herein by reference.

도 23은 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 모듈의 휘발성 메모리를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 23을 참조하면, 휘발성 메모리(1200)는 메모리 셀 어레이(1210), 어드레스 버퍼(1220), X-디코더(1230), Y-디코더(1240), 감지 증폭기 및 쓰기 드라이버(1250), 및 입출력 회로(1260)를 포함할 수 있다. 23 is a block diagram exemplarily showing a volatile memory of a nonvolatile memory module according to the present invention. Referring to FIG. 23, a volatile memory 1200 includes a memory cell array 1210, an address buffer 1220, an X-decoder 1230, a Y-decoder 1240, a sense amplifier and write driver 1250, and an input/output circuit 1260.

메모리 셀 어레이(1210)는 복수의 메모리 셀들을 포함하고, 복수의 메모리 셀들 각각은 복수의 워드 라인들(WL) 및 복수의 비트 라인들(BL)과 연결된다. 복수의 메모리 셀들 각각은 워드라인 및 비트라인이 교차하는 지점에 위치할 수 있다. 예시적으로, 복수의 메모리 셀들 각각은 스토리지 캐패시터 및 엑세스 트랜지스터를 포함할 수 있다.The memory cell array 1210 includes a plurality of memory cells, and each of the plurality of memory cells is connected to a plurality of word lines WL and a plurality of bit lines BL. Each of the plurality of memory cells may be located at a point where a word line and a bit line cross each other. For example, each of the plurality of memory cells may include a storage capacitor and an access transistor.

어드레스 버퍼(1220)는 모듈 컨트롤러(110)(도 2 참조)로부터 어드레스(ADD)를 수신하고, 수신된 어드레스를 임시 저장할 수 있다. 예시적으로, 어드레스 버퍼(1220)는 수신된 어드레스(ADD) 중 행 어드레스(ADD_row)를 X-디코더(1230)로 제공하고, 열 어드레스(ADD_col)를 Y-디코더(1240)로 제공할 수 있다.The address buffer 1220 may receive an address ADD from the module controller 110 (see FIG. 2 ) and temporarily store the received address. For example, the address buffer 1220 may provide a row address ADD_row among the received addresses ADD to the X-decoder 1230 and a column address ADD_col to the Y-decoder 1240. .

X-디코더(1230)는 복수의 워드 라인들(WL)을 통해 메모리 셀 어레이(1210)와 연결된다. X-디코더(1230)는 모듈 컨트롤러(110)(도 2 참조)로부터의 행 어드레스 스트로브(RAS) 신호에 응답하여 행 어드레스(ADD_row)를 기반으로 복수의 워드 라인들(WL) 중 적어도 하나의 워드 라인을 활성화시킬 수 있다.The X-decoder 1230 is connected to the memory cell array 1210 through a plurality of word lines WL. The X-decoder 1230 generates at least one word among a plurality of word lines WL based on the row address ADD_row in response to a row address strobe (RAS) signal from the module controller 110 (see FIG. 2). line can be activated.

Y-디코더(1240)는 어드레스 버퍼(1220)로부터 열 어드레스(ADD_col)를 수신할 수 있다. Y-디코더(1240)는 열 어드레스 스트로브(CAS) 신호에 응답하여 열 어드레스(ADD_col)를 기반으로 감지 증폭기 및 쓰기 드라이버(1250)를 제어할 수 있다. The Y-decoder 1240 may receive the column address ADD_col from the address buffer 1220 . The Y-decoder 1240 may control the sense amplifier and write driver 1250 based on the column address ADD_col in response to a column address strobe (CAS) signal.

감지 증폭기 및 쓰기 드라이버(1250)는 복수의 비트 라인들(BL)을 통해 메모리 셀 어레이(1210)와 연결된다. 감지 증폭기 및 쓰기 드라이버(1250)는 복수의 비트 라인들(BL)의 전압 변화를 감지할 수 있다. 또는 감지 증폭기 및 쓰기 드라이버(1250)는 입출력 회로(1260)로부터 수신된 데이터를 기반으로 복수의 비트 라인들(BL)의 전압을 제어할 수 있다.The sense amplifier and write driver 1250 are connected to the memory cell array 1210 through a plurality of bit lines BL. The sense amplifier and write driver 1250 may sense voltage changes of the plurality of bit lines BL. Alternatively, the sense amplifier and write driver 1250 may control voltages of the plurality of bit lines BL based on data received from the input/output circuit 1260 .

입출력 회로(1260)는 감지 증폭기 및 쓰기 드라이버(1250)로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터를 메모리 데이터 라인(MDQ)(또는 데이터 라인(DQ))을 통해 출력할 수 있다. 또는 입출력 회로(1260)는 메모리 데이터 라인(MDQ)(또는 데이터 라인(DQ))을 통해 데이터를 수신하고, 수신된 데이터를 감지 증폭기 및 쓰기 드라이버(1250)에 전달할 수 있다.The input/output circuit 1260 may receive data from the sense amplifier and write driver 1250 and output the received data through the memory data line MDQ (or data line DQ). Alternatively, the input/output circuit 1260 may receive data through the memory data line MDQ (or data line DQ) and transfer the received data to the sense amplifier and write driver 1250 .

예시적으로, 어드레스(ADD)는 모듈 컨트롤러(110)(도 2 참조)로부터 제공되는 VM 커맨드/어드레스(CA_v)에 포함된 어드레스일 수 있다. 행 어드레스 스트로브(RAS) 및 열 어드레스 스트로브(CAS)는 모듈 컨트롤러(110)(도 2 참조)로부터 제공되는 VM 커맨드/어드레스(CA_v)에 포함된 신호들일 수 있다.For example, the address ADD may be an address included in the VM command/address CA_v provided from the module controller 110 (see FIG. 2 ). The row address strobe (RAS) and the column address strobe (CAS) may be signals included in the VM command/address CA_v provided from the module controller 110 (see FIG. 2 ).

도 24는 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 모듈이 적용된 서버 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 24를 참조하면, 서버 시스템(2000)은 복수의 서버 랙들(2100)을 포함할 수 있다. 복수의 서버 랙들(2100) 각각은 복수의 불휘발성 메모리 모듈들(2200)을 포함할 수 있다. 복수의 불휘발성 메모리 모듈들(2200)은 복수의 서버 랙들(2100) 각각에 포함된 프로세서들과 직접적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수의 불휘발성 메모리 모듈들(2200) 듀얼 인-라인 메모리 모듈의 형태를 갖고, 프로세서와 전기적으로 연결된 DIMM 소켓에 장착되어 프로세서와 서로 통신할 수 있다. 예시적으로, 복수의 불휘발성 메모리 모듈들(2200)은 서버 시스템(2000)의 스토리지로서 사용될 수 있다. 예시적으로, 복수의 불휘발성 메모리 모듈들(2200)은 도 1 내지 도 23을 참조하여 설명된 불휘발성 메모리 모듈이거나 또는 동작 방법을 기반으로 동작할 수 있다.24 is a diagram exemplarily showing a server system to which a nonvolatile memory module according to the present invention is applied. Referring to FIG. 24 , a server system 2000 may include a plurality of server racks 2100 . Each of the plurality of server racks 2100 may include a plurality of nonvolatile memory modules 2200 . The plurality of nonvolatile memory modules 2200 may be directly connected to processors included in each of the plurality of server racks 2100 . For example, the plurality of nonvolatile memory modules 2200 may have the form of a dual in-line memory module and may be mounted in a DIMM socket electrically connected to a processor to communicate with the processor. Illustratively, the plurality of nonvolatile memory modules 2200 may be used as storage of the server system 2000 . For example, the plurality of nonvolatile memory modules 2200 may be nonvolatile memory modules described with reference to FIGS. 1 to 23 or may operate based on the operation method.

도 25는 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 모듈이 적용된 사용자 시스템을 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 25를 참조하면, 사용자 시스템(3000)은 프로세서(3001) 및 복수의 메모리들(3110~3140)을 포함할 수 있다.25 is a block diagram exemplarily showing a user system to which a nonvolatile memory module according to the present invention is applied. Referring to FIG. 25 , a user system 3000 may include a processor 3001 and a plurality of memories 3110 to 3140 .

프로세서(3001)는 메모리 컨트롤러(3002)를 포함할 수 있다. 메모리 컨트롤러(3002)는 버스(3003)를 통해 복수의 메모리들(3110~3140)과 통신할 수 있다. 예시적으로, 버스(3003)는 복수의 메모리들(3110~3140) 각각과 연결된 전용 버스들 또는 복수의 메모리들(3110~3140)과 공유되는 공용 버스를 포함할 수 있다. 예시적으로, 버스(3003)는 도 1 내지 도 24를 참조하여 설명된, 데이터 라인(DQ), 메모리 데이터 라인(MDQ), 태그 데이터 라인(TDQ) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The processor 3001 may include a memory controller 3002 . The memory controller 3002 may communicate with the plurality of memories 3110 to 3140 through the bus 3003 . For example, the bus 3003 may include dedicated buses connected to each of the plurality of memories 3110 to 3140 or a common bus shared with the plurality of memories 3110 to 3140 . For example, the bus 3003 may include at least one of a data line DQ, a memory data line MDQ, and a tag data line TDQ described with reference to FIGS. 1 to 24 .

예시적으로, 복수의 메모리들(3110~3140) 중 적어도 일부는 도 1 내지 도 24를 참조하여 설명된 불휘발성 메모리 모듈이거나 또는 도 1 내지 도 24를 참조하여 설명된 동작 방법을 기반으로 동작할 수 있다.Illustratively, at least some of the plurality of memories 3110 to 3140 may be nonvolatile memory modules described with reference to FIGS. 1 to 24 or operate based on the operating method described with reference to FIGS. 1 to 24 . can

또는, 복수의 메모리 모듈들(3110~3140) 중 적어도 일부는 불휘발성 메모리를 포함하고, 나머지 일부는 휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 휘발성 메모리를 포함하는 메모리 모듈은 불휘발성 메모리를 포함하는 메모리 모듈의 캐시 메모리로서 사용될 수 있다. 즉, 도 1 내지 도 24를 참조하여 설명된 바와 같이, 복수의 메모리 모듈들(3110~3140) 중 일부는 사용자 시스템(3000)의 메인 메모리로써 사용되고, 나머지는 캐시 메모리로써 사용될 수 있다. 캐시 메모리로써 사용되는 메모리들은 도 1 내지 도 24를 참조하여 설명된 휘발성 메모리이거나 또는 도 1 내지 도 24를 참조하여 설명된 휘발성 메모리와 같이 동작할 수 있다. Alternatively, at least some of the plurality of memory modules 3110 to 3140 may include non-volatile memories, and the remaining portions may include volatile memories. A memory module including volatile memory may be used as a cache memory of a memory module including nonvolatile memory. That is, as described with reference to FIGS. 1 to 24 , some of the plurality of memory modules 3110 to 3140 may be used as a main memory of the user system 3000 and the rest may be used as a cache memory. Memories used as cache memories may be volatile memories described with reference to FIGS. 1 to 24 or may operate like the volatile memories described with reference to FIGS. 1 to 24 .

예시적으로, 메모리 컨트롤러(3002)는 도 1 내지 도 24를 참조하여 설명된 모듈 컨트롤러 또는 제어기이거나 또는, 도 1 내지 도 24를 참조하여 설명된 모듈 컨트롤러 또는 제어기와 같이 동작할 수 있다. Illustratively, the memory controller 3002 may be the module controller or controller described with reference to FIGS. 1 to 24 or may operate like the module controller or controller described with reference to FIGS. 1 to 24 .

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예들에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.In the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments and should be defined by the claims of the present invention and equivalents as well as the claims to be described later.

10 : 사용자 시스템
100 : 불휘발성 메모리 모듈
101 : 프로세서
110 : 모듈 컨트롤러(모듈 컨트롤러)
120 : 이종 메모리 장치
121 : 휘발성 메모리
122 : NVM 제어기
123 : 불휘발성 메모리
130 : DB
140 : 직렬 프레즌스 검출 칩(SPD)
CA : 모듈 커맨드/어드레스
CA_v : VM 커맨드/어드레스
CA_n : NVM 커맨드/어드레스
TAG : 태그
DQ : 데이터 라인
TDQ : 태그 데이터 라인
MDQ : 메모리 데이터 라인
10: User system
100: non-volatile memory module
101: processor
110: module controller (module controller)
120: heterogeneous memory device
121: volatile memory
122: NVM controller
123: non-volatile memory
130 DB
140: serial presence detection chip (SPD)
CA: module command/address
CA_v: VM command/address
CA_n: NVM command/address
TAG : tag
DQ: data line
TDQ: tag data line
MDQ: memory data line

Claims (10)

불휘발성 메모리;
상기 불휘발성 메모리의 캐시 메모리인 휘발성 메모리;
상기 휘발성 메모리와 메모리 데이터 라인을 공유하고, 상기 불휘발성 메모리를 제어하도록 구성되는 제어기; 및
외부 장치로부터의 모듈 쓰기 커맨드 및 제1 어드레스에 응답하여, 제1 버스를 통해 제1 읽기 커맨드 및 상기 제1 어드레스를 상기 휘발성 메모리로 전송하고, 제2 버스를 통해 제1 쓰기 커맨드 및 상기 제1 어드레스를 상기 제어기로 전송하는 모듈 컨트롤러를 포함하고,
상기 휘발성 메모리는 상기 제1 읽기 커맨드 및 상기 제1 어드레스에 응답하여, 제1 태그 및 제1 데이터를 출력하고,
상기 제어기는 상기 제1 쓰기 커맨드 및 상기 제1 어드레스에 응답하여, 상기 제1 태그 및 상기 제1 어드레스를 기반으로 상기 제1 데이터를 상기 불휘발성 메모리에 선택적으로 프로그램하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 모듈.
non-volatile memory;
a volatile memory that is a cache memory of the non-volatile memory;
a controller configured to share a memory data line with the volatile memory and to control the non-volatile memory; and
In response to a module write command and a first address from an external device, a first read command and the first address are transmitted to the volatile memory through a first bus, and a first write command and the first address are transmitted through a second bus. a module controller for transmitting an address to the controller;
The volatile memory outputs a first tag and first data in response to the first read command and the first address;
wherein the controller selectively programs the first data into the nonvolatile memory based on the first tag and the first address in response to the first write command and the first address. module.
제 1 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 휘발성 메모리와 태그 데이터 라인을 공유하고, 상기 태그 데이터 라인을 통해 상기 제1 태그를 수신하고, 상기 메모리 데이터 라인을 통해 상기 제1 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 모듈.
According to claim 1,
wherein the controller shares a tag data line with the volatile memory, receives the first tag through the tag data line, and receives the first data through the memory data line.
제 1 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제1 태그 및 상기 제1 어드레스를 기반으로 상기 제1 데이터에 대한 캐시 히트 또는 캐시 미스 여부를 판별하고, 상기 판별 결과에 따라 상기 제1 데이터를 상기 불휘발성 메모리에 선택적으로 프로그램하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 모듈.
According to claim 1,
The controller determines whether the first data is a cache hit or cache miss based on the first tag and the first address, and selectively programs the first data into the nonvolatile memory according to the determination result. A non-volatile memory module, characterized in that.
제 3 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제1 어드레스의 적어도 일부가 상기 제1 태그와 일치할 경우, 상기 제1 데이터가 캐시 히트인 것으로 판별하고, 상기 상기 제1 어드레스의 적어도 일부가 상기 제1 태그와 일치하지 않는 경우, 상기 제1 데이터가 캐시 미스인 것으로 판별하되,
상기 판별 결과가 캐시 미스인 것을 가리키는 경우, 상기 제어기는 상기 제1 데이터를 상기 불휘발성 메모리에 프로그램하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 모듈.
According to claim 3,
The controller determines that the first data is a cache hit when at least a part of the first address matches the first tag, and when at least a part of the first address does not match the first tag , determining that the first data is a cache miss,
The nonvolatile memory module of claim 1 , wherein the controller programs the first data into the nonvolatile memory when the determination result indicates a cache miss.
제 4 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 캐시 미스인 상기 제1 데이터를 플러시될 데이터로써 별도의 버퍼 회로에 저장하고, 상기 버퍼 회로에 저장된 플러시될 데이터의 누적 크기가 일정 크기 이상인 경우, 상기 플러시될 데이터를 상기 불휘발성 메모리에 프로그램하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 모듈.
According to claim 4,
The controller stores the first data, which is the cache miss, in a separate buffer circuit as data to be flushed, and when the cumulative size of the data to be flushed stored in the buffer circuit exceeds a predetermined size, the data to be flushed is stored in the nonvolatile memory. Non-volatile memory module, characterized in that programmed in.
제 3 항에 있어서,
상기 휘발성 메모리는 상기 제1 읽기 커맨드 및 상기 제1 어드레스에 응답하여 상기 제1 데이터에 대한 더티 정보를 더 출력하고,
상기 판별 결과가 캐시 미스인 것을 가리키는 경우, 상기 더티 정보를 기반으로 상기 제1 데이터가 더티 상태인지 판별하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 모듈.
According to claim 3,
the volatile memory further outputs dirty information on the first data in response to the first read command and the first address;
and determining whether the first data is dirty based on the dirty information when the determination result indicates a cache miss.
제 6 항에 있어서,
상기 판별 결과가 더티 상태를 가리키는 경우, 상기 제어기는 상기 제1 데이터를 상기 불휘발성 메모리에 프로그램하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 모듈.
According to claim 6,
When the determination result indicates a dirty state, the controller programs the first data into the nonvolatile memory.
제 1 항에 있어서,
상기 휘발성 메모리는 상기 불휘발성 메모리의 n:1(n은 자연수) 직접 사상 캐시 메모리인 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 모듈.
According to claim 1,
The nonvolatile memory module of claim 1, wherein the volatile memory is an n:1 (n is a natural number) direct mapping cache memory of the nonvolatile memory.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 태그는 상기 제1 데이터와 대응되는 어드레스의 적어도 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 모듈.

According to claim 1,
The first tag includes at least a part of an address corresponding to the first data.

삭제delete
KR1020150171660A 2015-12-01 2015-12-03 Nonvolatile memory module and memory system KR102513913B1 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150171660A KR102513913B1 (en) 2015-12-03 2015-12-03 Nonvolatile memory module and memory system
US15/366,137 US10303372B2 (en) 2015-12-01 2016-12-01 Nonvolatile memory device and operation method thereof
US16/414,893 US11106363B2 (en) 2015-12-01 2019-05-17 Nonvolatile memory device and operation method thereof
US17/389,834 US11614866B2 (en) 2015-12-01 2021-07-30 Nonvolatile memory device and operation method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150171660A KR102513913B1 (en) 2015-12-03 2015-12-03 Nonvolatile memory module and memory system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170065731A KR20170065731A (en) 2017-06-14
KR102513913B1 true KR102513913B1 (en) 2023-03-28

Family

ID=59217872

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150171660A KR102513913B1 (en) 2015-12-01 2015-12-03 Nonvolatile memory module and memory system

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102513913B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007334935A (en) 2006-06-12 2007-12-27 Sony Corp Nonvolatile memory
WO2011021367A1 (en) 2009-08-21 2011-02-24 パナソニック株式会社 Non-volatile storage device, access device, and non-volatile storage system
JP2011210235A (en) 2010-03-01 2011-10-20 Panasonic Corp Nonvolatile storage device, access device, and nonvolatile storage system
JP2014232543A (en) * 2012-06-19 2014-12-11 株式会社東芝 Control program, host apparatus control method, information processing apparatus, and host apparatus

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8874831B2 (en) * 2007-06-01 2014-10-28 Netlist, Inc. Flash-DRAM hybrid memory module
KR20140108938A (en) * 2013-03-04 2014-09-15 삼성전자주식회사 Access method of accessing semiconductor memory and semiconductor circuit
US9262318B1 (en) * 2013-03-13 2016-02-16 Marvell International Ltd. Serial flash XIP with caching mechanism for fast program execution in embedded systems
KR20140142793A (en) * 2013-06-04 2014-12-15 삼성전자주식회사 Operating method for memory controller controlling nonvolatile memory device and nonvolatile memory system
KR20150096220A (en) * 2014-02-14 2015-08-24 삼성전자주식회사 Storage device and operating method of storage device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007334935A (en) 2006-06-12 2007-12-27 Sony Corp Nonvolatile memory
WO2011021367A1 (en) 2009-08-21 2011-02-24 パナソニック株式会社 Non-volatile storage device, access device, and non-volatile storage system
JP2011210235A (en) 2010-03-01 2011-10-20 Panasonic Corp Nonvolatile storage device, access device, and nonvolatile storage system
JP2014232543A (en) * 2012-06-19 2014-12-11 株式会社東芝 Control program, host apparatus control method, information processing apparatus, and host apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170065731A (en) 2017-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11614866B2 (en) Nonvolatile memory device and operation method thereof
US9767903B2 (en) Nonvolatile memory module having dual-port DRAM
KR102249810B1 (en) Storage device and operating method of storage device
US9824734B2 (en) Nonvolatile memory module having backup function
KR102523141B1 (en) Nonvolatile memory module comprising volatile memory device and nonvolatile memory device
US10152413B2 (en) Nonvolatile memory module and operation method thereof
KR102377469B1 (en) Nonvolatile memory device, storage device including nonvolatile memory device and operating method of nonvolatile memory device
KR102358053B1 (en) Storage device including a plurality of nonvolatile memory chips
KR20170036964A (en) Operation method of nonvolatile memory system
KR102321745B1 (en) Dynamic random access memory device, operation method of the same, and memory module including the same
KR20160122911A (en) Storage device and operating method of storage device
KR102365171B1 (en) Nonvolatile memory device and operating method of nonvolatile memory device
CN112783433A (en) Storage device and operation method thereof
CN112687314A (en) Memory device and method of operating memory device
KR20160144577A (en) Nonvolatile memory module and user device comprising the same
KR102513903B1 (en) Nonvolatile memory module and memory system
KR102475547B1 (en) Nonvolatile memory device and operation method thereof
KR102538246B1 (en) Nonvolatile memory moduel
KR102548574B1 (en) Nonvolatile memory module
KR102513913B1 (en) Nonvolatile memory module and memory system
KR20160144574A (en) Nonvolatile memory module and data write method thereof
KR20210054396A (en) Storage device and operating method thereof
KR20170085923A (en) Method for accessing heterogeneous memories and memory module including heterogeneous memories
KR20160144556A (en) Nonvolatile memory module
KR20210070761A (en) Memory device and operating method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant