KR20160146401A - 메모리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메모리 시스템에 관한 것으로, DIMM(Dual In-line Memory Module)에서 리프레쉬 동작시 소모되는 전류를 줄일 수 있도록 하는 기술이다. 이러한 본 발명은 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리를 포함하며, 아이들 상태에서 휘발성 메모리의 셀 특성 정보를 비휘발성 메모리에 저장하고, 리프레쉬 동작시 셀 특성 정보에 대응하여 휘발성 메모리의 리프레쉬 동작을 제어하는 메모리 모듈 및 리프레쉬 동작시 메모리 모듈에 리프레쉬 명령을 인가하는 호스트를 포함한다.

Description

메모리 시스템{Memory system}
본 발명은 메모리 시스템에 관한 것으로, DIMM(Dual In-line Memory Module)에서 리프레쉬 동작시 소모되는 전류를 줄일 수 있도록 하는 기술이다.
DRAM과 같은 동적 반도체 메모리의 메모리 셀은 용량성 소자(capacitive element) 상에 데이터를 저장한다. 용량성 소자로부터의 전하 누설 때문에, 메모리 셀은 주기적으로 리프레쉬 되어야 한다. 리프레쉬 프로세스는 통상적으로, 메모리 셀에 저장된 전하 레벨을 그 원래 상태로 가져오기 위하여 읽기 동작을 수행하는 단계를 포함한다.
시간이 지남에 따라 상이한 유형의 리프레쉬 방법이 발전하였다. 보통 오토 리프레쉬(auto refresh) 방법은 메모리 칩 외부에, 리프레쉬 타이머가 존재하고, 컨트롤러에 의해 공급되는 주기적 리프레쉬 명령에 응답하여, 메모리 칩이 리프레쉬 동작을 수행한다.
그리고, 셀프 리프레쉬(self refresh) 방법은 메모리 칩 내부에, 리프레쉬 타이머가 존재하고, 모든 메모리 칩이 컨트롤러로부터의 리프레쉬 시작 명령을 요구한다.
통상적으로, 리프레쉬되고 있는 메모리 셀은 정상적인 읽기 및 쓰기 동작을 위한 액세스가 불가능하다. 하나의 리프레쉬 동작이 완료되고 나서, 액티브 사이클이 시작될 수 있는데 걸리는 시간은 통상적으로 tRFC(리프레쉬 로오 사이클 타임)로 나타낸다.
하지만, 각각의 셀은 데이터 유지 시간이 서로 다름에도 불구하고 셀 특성을 고려하지 않고 모든 셀에 대응하여 동일한 리프레쉬 동작이 수행되는 경우 불필요한 전류가 소모될 수 있다.
특히, 모바일 제품에서는 전류 소모를 줄이는 것이 큰 과제이므로 이러한 리프레쉬에 따른 전류 소모를 줄이는 것은 매우 중요한 요소이다.
본 발명의 실시예는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리를 포함하는 DIMM(Dual In-line Memory Module)에서 셀의 특성 정보를 비휘발성 메모리에 저장하고 저장된 셀 특성 정보에 대응하여 리프레쉬 동작을 제어할 수 있도록 하는데 그 특징이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 메모리 시스템은, 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리를 포함하며, 아이들 상태에서 휘발성 메모리의 셀 특성 정보를 비휘발성 메모리에 저장하고, 리프레쉬 동작시 셀 특성 정보에 대응하여 휘발성 메모리의 리프레쉬 동작을 제어하는 메모리 모듈; 및 리프레쉬 동작시 메모리 모듈에 리프레쉬 명령을 인가하는 호스트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 메모리 시스템은, 데이터를 휘발성으로 저장하는 휘발성 메모리; 데이터를 비휘발성으로 저장하는 비휘발성 메모리; 및 아이들 상태에서 휘발성 메모리의 셀 특성 정보를 비휘발성 메모리에 저장하고, 리프레쉬 동작시 셀 특성 정보에 대응하여 휘발성 메모리의 리프레쉬 동작을 제어하는 메모리 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예는 DIMM(Dual In-line Memory Module)에서 리프레쉬 동작시 소모되는 전류를 줄일 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 시스템의 구성도.
도 2는 도 1의 메모리 시스템에 관한 동작 흐름도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지와 무관한 공지의 구성은 생략될 수 있다. 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 시스템의 구성도이다.
본 발명의 실시예는 메모리 모듈(100)과 호스트(200)를 포함한다. 여기서, 메모리 모듈(100)은 휘발성 메모리(110), 전원 공급부(120), 메모리 제어부(130) 및 비휘발성 메모리(140)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 메모리 모듈(100)은 서로 상이한 유형의 메모리를 결합하여 하나의 모듈로 구현된다. 본 발명의 실시예에 따른 메모리 모듈(100)은 비휘발성 NVDIMM(Non Volatile Dual In-line Memory Module)로 이루어질 수 있다.
이러한 메모리 모듈(100)은 데이터를 휘발성으로 저장하는 휘발성 메모리(110)와 전원이 공급되지 않는 경우에도 데이터가 소실되지 않는 비휘발성 메모리(140)를 포함한다.
본 발명의 실시예에서 휘발성 메모리(110)는 디램(DRAM)으로 구현될 수 있으며, 비휘발성 메모리(140)는 플래시(Flash) 메모리로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 휘발성 메모리(110)가 디램(DRAM)으로 구현되고, 비휘발성 메모리(140)가 플래시(Flash) 메모리로 구현되는 것을 일 예로 설명하였다.
하지만, 본 발명의 실시예는 이에 한정되는 것이 아니며, 휘발성 메모리가 SRAM(Static Random Access Memory), DDR SDRAM(Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory), LPDDR(Low Power Double Data Rate) SDRAM, GDDR(Graphics Double Data Rate) SDRAM, RDRAM(Rambus Dynamic Random Access Memory) 등과 같은 동적 랜덤 액세스 메모리(Dynamic Random Access Memory; DRAM)이거나, 리프레쉬 동작이 필요한 임의의 휘발성 메모리 장치일 수 있다.
또한, 비휘발성 메모리는 MROM(Mask Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PRAM(Phase Change Random Access Memory), RRAM(Resistive Random Access Memory) 또는 MRAM(Magnetic Random Access Memory) 등으로 구현될 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 비휘발성 메모리가 낸드(NAND) 타입의 플래시 메모리 또는 노아(NOR) 타입의 플래시로 이루어질 수도 있다.
휘발성 메모리(110)와 비휘발성 메모리(140) 간에는 버스를 공유하여 명령신호 CMD, 어드레스 ADD 및 데이터 DATA를 서로 교환할 수 있다. 휘발성 메모리(110)와 비휘발성 메모리(140)는 메모리 제어부(130)와 연결되어 그 동작이 제어된다.
전원 공급부(120)는 메모리 모듈(100)의 동작 중에 전원이 차단된 경우 휘발성 메모리(110)의 대기 상태에서 휘발성 메모리(110)에 임시 전원을 공급한다. 예를 들어, 전원 공급부(120)는 메모리 제어부(130)가 휘발성 메모리(110)의 셀 특성 정보를 리드하여 비휘발성 메모리(140)에 저장하는 동작 구간 동안에 휘발성 메모리(110)에 전원을 공급할 수 있다.
호스트(200)는 휘발성 메모리(110)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 호스트(200)는 휘발성 메모리(110)의 라이트 동작 또는 리드 동작을 수행하도록 제어 신호들을 생성할 수 있다. 그리고, 호스트(200)는 메모리 제어부(130)에 리프레쉬 명령 SREF 및 다른 제어신호들을 출력한다.
메모리가 고용량화될수록 전체 전력 소모에서 리프레쉬 전원이 차지하는 비중이 점차 늘어나고 있다. 메모리의 리프레쉬 전류 소모가 커지는 경우 데이터 센터나 수퍼 컴퓨터에서 더욱 큰 문제로 부각될 수 있다.
그리고, 셀 데이터 유지시간은 셀의 특성마다 서로 다르다. 하지만, 메모리의 리프레쉬 동작은 정상 셀과 위크(Weak) 셀에 상관없이 모든 셀에 일괄적으로 적용된다. 예를 들어, 리프레쉬 특성이 좋은 정상 셀인 경우 리프레쉬를 수행할 필요가 없지만, 불필요하게 리프레쉬하게 되면 전류 소모가 증가하게 된다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 메모리 제어부(130)는 아이들(IDLE) 상황에서 휘발성 메모리(110)의 셀 특성 정보를 리드하여 비휘발성 메모리(140)에 저장한다. 즉, 셀 특성에 대한 정보를 하드웨어에 저장할 수도 있으나, 디램의 특성상 이 정보가 또 하나의 버든(Burden)으로 작용할 수 있다.
여기서, 아이들(IDLE) 상태는 전원의 차단시 전원 공급부(120)로부터 임시적인 전원이 공급되는 상태에서 액티브 동작이 이루어지지 않는 유휴 상태를 의미할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 휘발성 메모리(110)의 셀 특성 정보를 전원의 차단시에도 데이터가 유지되는 비휘발성 메모리(140)에 저장하게 된다. 그리고, 메모리 제어부(130)는 리프레쉬 동작시 비휘발성 메모리(140)에 저장된 셀 특성 정보를 리드하여 셀 특성 정보에 대응한 리프레쉬 동작을 수행하도록 한다.
예를 들어, 메모리 제어부(130)는 리프레쉬 동작시 비휘발성 메모리(140)에 저장된 정보를 참조하여 휘발성 메모리(110)의 리프레쉬 동작을 제어한다. 여기서, 메모리 제어부(130)는 비휘발성 메모리(140)에 저장된 정보를 참조하여 휘발성 메모리의(110)의 리프레쉬 동작 주기를 제어할 수 있다.
만약, 휘발성 메모리(110)에서 리프레쉬 특성이 좋은 정상 셀이 선택된 경우 리프레쉬 동작을 생략하거나, 기존의 리프레쉬 시간 보다 리프레쉬 시간을 줄여서 셀프 리프레쉬 동작이 수행되도록 제어할 수 있다. 즉, 리프레쉬가 필요 없는 경우 리프레쉬 동작을 생략하여 전력을 소모를 줄이도록 한다. 그리고, 휘발성 메모리(110)의 위크 셀이 선택된 경우 셀프 리프레쉬 동작이 정상적으로 수행되도록 하거나 리프레쉬 시간을 늘리도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 메모리 제어부(130)는 메모리 버퍼 또는 RCD(Register Clock Driver)로 이루어질 수 있다.
비휘발성 NVDIMM(Non Volatile Dual In-line Memory Module)는 비휘발성 메모리(140)와 휘발성 메모리(110)를 조합한 메모리 모듈을 의미한다.
그리고, 비휘발성 NVDIMM은 급작스러운 전원의 차단시 휘발성 메모리(110)의 데이터가 소실되는 것을 방지하기 위하여 휘발성 메모리(110)의 데이터를 리드하여 비휘발성 메모리(140)에 저장한다. 그리고, 정상적으로 전원이 복구되는 경우 비휘발성 NVDIMM의 동작이 개시되어 비휘발성 메모리(140)에 저장된 데이터가 휘발성 메모리(110)에 다시 복구된다.
이러한 비휘발성 메모리(140)는 휘발성 메모리(110)의 정상적인 동작 중에는 거의 사용되지 않으므로 리소스 효율을 떨어뜨릴 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 메모리 제어부(130)는 메모리 모듈(100)의 아이들(IDLE) 상태에서 휘발성 메모리(110)의 셀 데이터 유지 시간을 나타내는 셀 특성 정보를 비휘발성 메모리(140)에 저장한다. 그리고, 메모리 제어부(130)는 리프레쉬 동작시 비휘발성 메모리(140)에 저장된 셀 특성 정보를 리드하여 휘발성 메모리(110)의 리프레쉬 동작을 제어하게 된다. 이러한 경우 비휘발성 메모리(140)를 효율적으로 사용하여 리소스 효율을 증가시킬 수 있도록 한다.
도 2는 도 1의 메모리 시스템에 관한 동작 흐름도이다.
먼저, 메모리 모듈(100)에서 휘발성 메모리(110)의 파워 온이 완료되면(단계 S1) 휘발성 메모리(110)가 안정화 단계로 진입하게 된다. 이후에, 휘발성 메모리(110)는 부트 업 동작시 ARE(Array E-fuse)를 스캔하고 데이터 트레이닝 동작을 수행한다.(단계 S2) 그리고, 휘발성 메모리(110)의 출력단의 임피던스를 조정하기 위한 ZQ 캘리브레이션 동작이 수행된다.(단계 S3)
본 발명의 실시예에서는 데이터 트레이닝 동작 이후에 ZQ 캘리브레이션 동작을 수행하는 것을 일 예로 설명하였다. 하지만, 본 발명의 실시예는 이에 한정되는 것이 아니며 ZQ 캘리브레이션 동작 이외의 다른 캘리브레이션 동작이 수행될 수도 있다.
이후에, 휘발성 메모리(110)가 아이들(IDLE) 상태가 되면 메모리 제어부(130)가 이를 감지한다.(단계 S4) 그러면, 메모리 제어부(130)는 휘발성 메모리(110)의 셀 특성 정보를 리드하여 비휘발성 메모리(140)에 저장한다.(단계 S5)
본 발명의 실시예에서는 휘발성 메모리(110)가 아이들(IDLE) 상태에 진입시 셀 특성 정보를 비휘발성 메모리(140)에 저장하는 것을 일 예로 설명하였다. 하지만, 본 발명의 실시예는 이에 한정되는 것이 아니며, 메모리 모듈(100)의 초기 상태에서는 ZQ 캘리브레이션 동작의 완료시 아이들(IDLE) 상태에 진입하기 이전에 휘발성 메모리(110)의 셀 특성 정보를 테스트하고 리드하여 비휘발성 메모리(140)에 저장할 수도 있다.
이어서, 호스트(200)는 휘발성 메모리(110)를 셀프 리프레쉬 하기 위한 리프레쉬 명령 SREF을 활성화시켜 메모리 제어부(130)에 출력한다. 메모리 제어부(130)는 리프레쉬 명령 SREF의 활성화시 비휘발성 메모리(140)에 저장된 셀 특성 정보를 참고하여 휘발성 메모리(110)의 리프레쉬 동작을 제어한다.(단계 S6)
예를 들어, 메모리 제어부(130)는 호스트(200)로부터 파워 절약을 위한 리프레쉬 명령 SREF이 활성화되어 인가되면, 비휘발성 메모리(140)에 저장된 정보를 리드하게 된다. 즉, 파워 업 시퀀스가 완료된 후 또는 파워 다운 모드가 종료된 후 리프레쉬 명령 SREF에 의해 리프레쉬 동작이 개시될 수 있다.
이에 따라, 메모리 제어부(130)는 휘발성 메모리(110)의 정상 셀을 리프레쉬 하는 경우 리프레쉬 동작을 생략하거나 리프레쉬 시간을 줄이도록 제어한다. 이러한 경우 정상 셀에서는 리프레쉬 동작이 수행되지 않도록 하여 전력 소모를 줄일 수 있도록 한다. 그리고, 메모리 제어부(130)는 휘발성 메모리(110)의 위크 셀을 리프레쉬 하는 경우 셀프 리프레쉬 시간을 늘리도록 제어할 수 있다.
그리고, 메모리 제어부(130)는 휘발성 메모리(110)의 정상 동작 이후에 다음번 아이들(IDLE) 상태를 감지하게 된다. 그러면, 단계 S7과 같이 피드백 동작하여 다시 휘발성 메모리(110)의 셀 특성 정보를 리드하여 비휘발성 메모리(140)에 업데이트 할 수도 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 실시예는 비휘발성 NVDIMM(Non Volatile Dual In-line Memory Module)에 적용될 수 있는 것을 일 예로 설명하였다. 하지만, 본 발명의 실시예는 이에 한정되는 것이 아니며, 하이브리드 DIMM, 통상적인 DIMM, 비휘발성 메모리 등과 같이 비휘발성 메모리를 사용하여 휘발성 셀 정보를 저장하는 모든 메모리 시스템에도 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 메모리 모듈(100)은 UDIMM(Unbuffered Dual In-line Memory Module), RDIMM(Registered Dual In-line Memory Module), FBDIMM(Fully Buffered Dual In-line Memory Module), LRDIMM(Load Reduced Dual In-line Memory Module) 또는 다른 메모리 모듈로 이루어질 수도 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 알 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리를 포함하며, 아이들 상태에서 상기 휘발성 메모리의 셀 특성 정보를 상기 비휘발성 메모리에 저장하고, 리프레쉬 동작시 상기 셀 특성 정보에 대응하여 상기 휘발성 메모리의 리프레쉬 동작을 제어하는 메모리 모듈; 및
    상기 리프레쉬 동작시 상기 메모리 모듈에 리프레쉬 명령을 인가하는 호스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 메모리 모듈은
    상기 메모리 모듈의 전원 차단시 상기 휘발성 메모리에 전원을 공급하는 전원 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 전원 공급부는
    상기 휘발성 메모리의 상기 셀 특성 정보가 상기 비휘발성 메모리에 저장되는 구간 동안에 상기 휘발성 메모리에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 휘발성 메모리는
    디램을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 비휘발성 메모리는
    플래시 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 휘발성 메모리와 상기 비휘발성 메모리는
    명령신호, 어드레스 및 데이터 중 적어도 어느 하나를 서로 교환하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 메모리 모듈은
    상기 아이들 상태를 감지하여 상기 휘발성 메모리의 상기 셀 특성 정보를 상기 비휘발성 메모리에 저장하고, 상기 리프레쉬 명령의 활성화시 상기 셀 특성 정보를 리드하여 상기 휘발성 메모리의 리프레쉬 동작을 제어하는 메모리 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 메모리 제어부는
    메모리 버퍼 또는 RCD(Register Clock Driver) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 셀 특성 정보는
    상기 휘발성 메모리의 셀 데이터 유지 시간을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 메모리 모듈은
    상기 비휘발성 메모리에 저장된 상기 셀 특성 정보를 리드하여 상기 휘발성 메모리의 리프레쉬 동작 주기를 제어하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 메모리 모듈은
    상기 휘발성 메모리에서 정상 셀이 선택된 경우 리프레쉬 동작을 생략하거나 기 설정된 리프레쉬 시간 보다 리프레쉬 시간을 줄여서 리프레쉬 동작이 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 메모리 모듈은
    상기 휘발성 메모리의 위크 셀이 선택된 경우 리프레쉬 동작이 정상적으로 수행되도록 하거나 리프레쉬 시간을 늘리도록 제어하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 메모리 모듈은
    파워 온 시 상기 휘발성 메모리의 부트 업 동작, 데이터 트레이닝 동작, ZQ 캘리브레이션 동작이 수행되면 상기 셀 특성 정보를 리드하여 상기 비휘발성 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  14. 데이터를 휘발성으로 저장하는 휘발성 메모리;
    상기 데이터를 비휘발성으로 저장하는 비휘발성 메모리; 및
    아이들 상태에서 상기 휘발성 메모리의 셀 특성 정보를 상기 비휘발성 메모리에 저장하고, 리프레쉬 동작시 상기 셀 특성 정보에 대응하여 상기 휘발성 메모리의 리프레쉬 동작을 제어하는 메모리 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 휘발성 메모리는 디램을 포함하고, 상기 비휘발성 메모리는 플래시 메모리을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 셀 특성 정보는
    상기 휘발성 메모리의 셀 데이터 유지 시간을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 메모리 제어부는
    상기 휘발성 메모리의 정상 동작 이후에 다음번 아이들 상태를 감지하여 상기 휘발성 메모리의 셀 특성 정보를 리드하고 상기 비휘발성 메모리에 업데이트 하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 메모리 제어부는
    상기 비휘발성 메모리에 저장된 상기 셀 특성 정보를 리드하여 상기 휘발성 메모리의 리프레쉬 동작 주기를 제어하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  19. 제 14항에 있어서, 상기 메모리 제어부는
    상기 휘발성 메모리에서 정상 셀이 선택된 경우 리프레쉬 동작을 생략하거나 기 설정된 리프레쉬 시간 보다 리프레쉬 시간을 줄여서 리프레쉬 동작이 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
  20. 제 14항에 있어서, 상기 메모리 제어부는
    상기 휘발성 메모리의 위크 셀이 선택된 경우 리프레쉬 동작이 정상적으로 수행되도록 하거나 리프레쉬 시간을 늘리도록 제어하는 것을 특징으로 하는 메모리 시스템.
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