KR20170131367A - 자체 저장형 및 자체 복구형 비-휘발성 정적 랜덤 액세스 메모리 - Google Patents

자체 저장형 및 자체 복구형 비-휘발성 정적 랜덤 액세스 메모리 Download PDF

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Abstract

장치가 설명되며, 이는, SRAM 셀 내에 집적되는 적어도 2개의 NV(non-volatile) 저항성 메모리 엘리먼트들이 있는 SRAM(Static Random Access Memory) 셀; 및 SRAM 셀에 저장된 데이터를 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들에 자체 저장하는 제1 로직을 포함한다. 방법이 제공되며, 이는, SRAM 셀에 인가되는 전압이 임계 전압으로 감소할 때, SRAM 셀의 전압 상태들을 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들에 저장하는 자체 저장 동작을 수행하는 단계- 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들은 SRAM 셀과 집적됨 -; 및 SRAM 셀에 인가되는 전압이 임계 전압으로 증가할 때, 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들로부터 SRAM 셀의 저장 노드들에 데이터를 복사하는 것에 의해, 자체 복구 동작을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

자체 저장형 및 자체 복구형 비-휘발성 정적 랜덤 액세스 메모리
<우선권에 대한 주장>
본 출원은 2015년 3월 25일자로 출원된 "SELF-STORING AND SELF-RESTORING NON-VOLATILE STATIC RANDOM ACCESS MEMORY"라는 명칭의 미국 정규 특허 출원 제14/668,896호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 그 전부가 참조로 원용된다.
<배경기술>
SRAM들(Static Random Access Memories)은 휘발성 메모리들이다. 이와 같이, SRAM들에 대한 전력이 차단될 때, SRAM들은 그들의 저장 노드들에 저장된 데이터를 잃게 된다. 데이터가 손실되지 않도록 저장하는 한 가지 방법은 전체 SRAM을 판독하고 NV(non-volatile) 메모리로 구성되는 별도의 미러 어레이에 데이터를 복사하는 것이다. 이러한 데이터는 SRAM의 전력 차단 동안 NV 메모리에 저장되어, SRAM의 전력 투입 동안 SRAM에 다시 기입된다.
SRAM을 미러링하는 별도의 NV 메모리를 갖는 것은 면적을 차지한다. 별도의 NV 메모리 또한 전력 소비를 증가시키며 그 이유는 전력 차단 및 전력 투입 이벤트들 동안 휘발성 메모리(즉, SRAM)가 판독되어 다시 기입되어야 하기 때문이다. 별도의 NV 메모리 어레이를 사용하는 메모리 아키텍처는 마이크로코드를 실행하는 것 및 SRAM 다이와 NV 메모리 어레이 사이의 버스를 통해 데이터를 전송하는 것을 또한 요구할 수 있다.
본 개시내용의 실시예들은 아래에 주어지는 상세한 설명으로부터 그리고 본 개시내용의 다양한 실시예들의 첨부 도면들로부터 보다 충분하게 이해될 것이지만, 이들은 본 개시내용을 특정 실시예들에 제한하려는 것으로 취해져서는 안 되며, 단지 설명 및 이해를 위한 것이다.
도 1은, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 집적형 NV(non-volatile) 미러 셀 및 관련 로직을 포함하는 SRAM(Static Random Access Memory) 비트 셀이 있는 메모리 아키텍처의 일부를 도시한다.
도 2a는, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 휘발성 메모리 노드들로부터 집적형 NV 미러 셀로 데이터를 자체 저장하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 2b는, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 집적형 NV 미러 셀로부터 휘발성 메모리 노드들로 데이터를 자체 복구하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3은, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 집적형 NV 미러 셀 및 관련 로직을 포함하는 SRAM 비트 셀을 도시한다.
도 4는, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 도 3의 SRAM 비트 셀에 대한 데이터를 자체 저장하고 자체 복구하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 4b는, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 도 3의 SRAM의 동작을 도시하는 그래프를 도시한다.
도 5는, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 도 3의 SRAM 비트 셀에 대한 데이터를 자체 저장하고 자체 복구하기 위한 메모리 아키텍처를 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 도 3의 SRAM 비트 셀을 사용하여 자체 저장하기 위한 명령들의 시퀀스를 도시한다.
도 7은, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 집적형 NV 미러 셀 및 관련 로직을 포함하는 SRAM 비트 셀을 도시한다.
도 8은, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 집적형 NV 메모리를 갖는 SRAM이 있는 3D(three-dimensional) IC(Integrated Circuit)를 도시한다.
도 9는, 일부 실시예들에 따른, 집적형 NV 메모리를 갖는 SRAM이 있는 스마트 디바이스 또는 컴퓨터 시스템 또는 SoC(System-on-Chip)를 도시한다.
일부 실시예들에서, 각각의 SRAM 비트 셀이 2개의 집적형 NV 미러 메모리 엘리먼트들을 관련시키도록 집적형 NV(non-volatile) 메모리(미러 셀이라고도 함)를 포함하는 SRAM(Static Random Access Memory)이 제공된다. 일부 실시예들에서, 프로세서가 저 전력 상태(예를 들어, 휴면 상태)에 진입할 때 또는 전력 중단 이벤트 동안에, 종래의 SRAM 저장 셀 노드로부터의 데이터는 집적형 NV 메모리 엘리먼트들에 동적으로 저장(또는 미러링)된다. 이와 같이, 데이터는 손실되지 않도록 저장된다. 일부 실시예들에서, NV-SRAM을 갖는 프로세서가 활성 상태에 진입할 때 또는 전력이 완전히 온(또는 부분적으로 온)일 때, 데이터는 집적형 NV 메모리로부터 SRAM 저장 노드들에 동적으로 복구된다.
일부 실시예들에서, NV 메모리는 가변 저항이 있는 메모리 엘리먼트를 사용하여 정보를 저장하는 저항성 NV 메모리 엘리먼트를 포함한다. 예를 들어, STT(spin transfer torque)-MRAM(magnetic random access memory)의 저항은 2개의 자성층들의 상대적인 자화 극성들에 의존한다. 다른 타입들의 저항성 메모리는 ReRAM(resistive RAM) 및 CBRAM(conductive bridging RAM)을 포함하며, 이들의 저항들은 유전체 또는 전해질을 통한 도전 경로들의 형성 및 제거에 의존한다. 셀의 저항률(resistivity)이 칼코게나이드의 결정질 또는 비정질 상태에 의존하는 PCM( phase change memory)가 또한 존재한다. 이들 (및 가능하게는 다른) 저항성 메모리 기술들에 대한 기본 메모리 엘리먼트가 변할 수 있지만, 이들에 대한 기입 및 판독을 위한 방법들은 전기적으로 유사할 수 있고, 본 개시내용의 다양한 실시예들에 의해 포함된다.
일부 실시예들은 NV-SRAM으로의 전원의 전압 레벨이 미리 결정된 임계값 아래로 떨어질 때 또는 NV-SRAM이 저 전력 상태(예를 들어, 휴면 상태)로 진입할 때 집적형 NV 메모리에 메모리 상태를 자체 저장하는 것을 허용하는 메모리 비트 셀 및 관련 로직을 설명한다. 저 전력 상태들의 예들은 2013년 11월 13일에 공개된 ACPI(Advanced Configuration and Power Interface) 사양 Revision 5.0a에서의 전력 상태들을 참조하여 설명된다. 일부 실시예들에서, 센서는 전원의 전압 레벨을 감지하여 이것이 미리 결정된 임계값(예를 들어, 2/3 Vcc 또는 다른 분수의 Vcc) 위인지 또는 아래인지 결정한다. 여기서, "임계값"이란 용어는 그 아래에서 SRAM 셀의 저장 노드들에서의 데이터가 그 값들을 잃을 수 있는 전압 레벨을 일반적으로 지칭한다. 일부 실시예들에서, 전력 상태는 메모리에 연결되는 프로세서의 전력 관리 모듈에서의 레지스터 상태에 의해 결정된다. 일부 실시예들에서, NV-SRAM으로의 전력이 복구되거나 부분적으로 복구될 때 종래의 SRAM 노드들에서 상태를 자체 복구하는 메모리 비트 셀 아키텍처가 제공된다.
다양한 실시예들의 많은 기술적 효과들이 존재한다. 예를 들어, 집적형 NV 미러 셀들은 SRAM 셀 성능에 영향을 주지 않는다. 집적형 NV 미러 셀들의 추가 오버 헤드는 전용 미러 어레이를 갖는 것보다 훨씬 적다. 이와 같이, 집적형 NV 미러 셀들은 애드-온(add-on) 회로들 최소화하는 것에 의해 외부 NV 디바이스들 및 칩들에 비해 더 높은 어레이 레이아웃 효율을 달성한다. 예를 들어, NV 미러 셀들은 정상 동작시에 도통되지 않는 SRAM 셀의 노드들에 연결된다. 다양한 실시예들의 전체 면적은 SRAM 어레이 외부 멀리 미러 디바이스들 및 미러 칩들을 포함할 수 있는 전용 미러 어레이들 갖는 메모리들보다 작다.
다양한 실시예들의 총 전력 소비는 외부 NV 디바이스들 및 칩들이 있는 SRAM 어레이들의 전력 소비보다 적다. 더 낮은 전력 소비에 대한 하나의 이유는 NV 메모리 셀들이 실리콘 공정 기술 내에서 집적되고 임의의 칩간 데이터 전송이 상당히 감소된다(일부 경우들에서는 0으로)는 점이다. 다양한 실시예들은, 예를 들어, NV 디바이스에 저장된 데이터를 전력 투입시 SRAM 셀에 복구하는 것에 의해 자동 자체 복구를 수행한다. 다른 기술적 효과들은 본 명세서에 설명되는 다양한 실시예들로부터 명백할 것이다.
이하의 설명에서는, 본 개시내용의 실시예들의 보다 철저한 설명을 제공하기 위해서 다수의 상세사항들이 논의된다. 그러나, 본 개시내용의 실시예들은 이러한 구체적인 상세사항 없이 실시될 수 있다는 점이 관련분야에서의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 경우들에서, 본 개시내용의 실시예들을 불명료하게 하는 것을 회피하기 위해서, 잘 알려진 구조들 및 디바이스들은 상세하게 보다는 블록도 형태로 도시된다.
실시예들의 대응하는 도면들에서, 신호들은 라인들로 표현된다는 점에 주목하자. 일부 라인들은 더 많은 구성 신호 경로들을 표시하기 위해서 더 두꺼울 수 있고/있거나, 주요 정보 흐름 방향을 표시하기 위해서 하나 이상의 단부들에서 화살표들을 가질 수 있다. 이러한 표시들은 제한적인 것으로 의도되는 것은 아니다. 오히려, 라인들은 회로 또는 논리 유닛의 보다 용이한 이해를 가능하게 하기 위해서 하나 이상의 예시적인 실시예들과 관련하여 사용된다. 설계 필요성들 또는 선호도들에 의해 좌우되는 바와 같이, 임의의 표현된 신호들은, 어느 방향으로도 이동할 수 있고 임의의 적합한 타입의 신호 스킴으로 구현될 수 있는 하나 이상의 신호들을 실제로 포함할 수 있다.
명세서 전반적으로 그리고 청구항들에서, "접속되는(connected)"이란 용어는, 중간 디바이스들 없이, 접속되는 것들 사이의 직접적인 물리적, 전기적, 또는 무선 접속을 의미한다. "연결되는(coupled)"이라는 용어는, 접속되는 사물들 사이의 직접적인 전기적 또는 무선 접속, 또는 하나 이상의 수동 또는 능동 중간 디바이스들을 통한 간접적인 전기적 또는 무선 접속을 의미한다. "회로(circuit)"라는 용어는 원하는 기능을 제공하기 위해 서로 협력하도록 배열되는 하나 이상의 수동 및/또는 능동 컴포넌트들을 의미한다. "신호(signal)"라는 용어는 적어도 하나의 전류 신호, 전압 신호, 자기 신호, 전자기 신호, 또는 데이터/클록 신호를 의미한다. 단수 표현("a", "an" 및 "the")의 의미는 복수의 참조들을 포함한다. "~에서(in)"의 의미는 "~에서(in)" 및 "~상에(on)"를 포함한다.
"실질적으로(substantially)", "가까이(close)", "대략(approximately)", "거의(near)", 및 "약(about)"이라는 용어들은 일반적으로 타게 값의 +/- 20% 내에 있는 것을 지칭한다. 달리 명시되지 않는 한, 공통 대상을 설명하기 위해 서수 형용사들 "제1(first)", "제2(second)", "제3(third)" 등을 사용하는 것은, 유사한 대상들의 상이한 사례들이 지칭되고 있다는 점을 표시할 뿐이며, 이렇게 설명되는 대상들이, 시간적으로, 공간적으로, 순위적으로 또는 임의의 다른 방식으로, 주어진 시퀀스로 이루어져야 한다는 점을 암시하려고 의도되는 것은 아니다.
본 개시내용의 목적들을 위해, "A 및/또는 B" 및 "A 또는 B"라는 문구들은 (A), (B), 또는 (A 및 B)를 의미한다. 본 개시내용의 목적들을 위해, "A, B, 및/또는 C"라는 문구는 (A), (B), (C), (A 및 B), (A 및 C), (B 및 C), 또는 (A, B 및 C)를 의미한다.
실시예들의 목적들을 위해, 본 명세서에 설명되는 다양한 회로들 및 로직 블록들에서의 트랜지스터들은 MOS(metal oxide semiconductor) 트랜지스터들이며, 이들은 드레인, 소스, 게이트, 및 벌크 단자들을 포함한다. 트랜지스터들은 Tri-Gate 및 FinFET 트랜지스터들, Gate All Around Cylindrical Transistors TFET(Tunneling FET), Square Wire, 또는 Rectangular Ribbon Transistors 또는 탄소 나노 튜브들이나 스핀트로닉 디바이스들과 같이 트랜지스터 기능성을 구현하는 다른 디바이스들을 또한 포함한다. MOSFET 대칭적 소스 및 드레인 단자들은, 즉 동일한 단자들이고 본 명세서에서 교환 가능하게 사용된다. TFET 디바이스는, 반면에, 비대칭적 소스 및 드레인 단자들을 갖는다. 관련분야에서의 기술자들은 다른 트랜지스터들, 예를 들어, Bi-polar 접합 트랜지스터들-BJT PNP/NPN, BiCMOS, CMOS, eFET 등이 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 점을 이해할 것이다. "MN"이라는 용어는 n형 트랜지스터(예를 들어, NMOS, NPN BJT 등)를 표시하고, "MP"라는 용어는 p형 트랜지스터(예를 들어, PMOS, PNP BJT 등)를 표시한다.
도 1은, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 집적형 NV 미러 셀 및 관련 로직을 포함하는 SRAM 비트 셀이 있는 메모리 아키텍처(100)의 일부를 도시한다. 일부 실시예들에서, 아키텍처(100)의 일부는 SRAM 비트 셀들(예를 들어, NV-SRAM들(101-1 내지 101-N)의 컬럼, 여기서 'N'은 정수임), (자체 저장을 위한) 제1 로직(103), (자체 저장을 위한) 제2 로직(104), 및 (재설정을 위한) 제3 로직(105)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 이러한 논리 유닛들은 메모리 주변 회로들의 일부이며, 따라서 메모리 비트 셀들에 연결된다. 도 1의 실시예는 3개의 논리 유닛들을 갖는 것으로서 도시되지만, 이러한 논리 유닛들은 더 적은 논리 유닛들로 조합될 수 있다. 예를 들어, NV SRAM들을 자체 저장하는, 자체 복구하는, 그리고 재설정하는 동작들을 관리할 수 있는 단일 논리 유닛이 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, NV-SRAM 비트 셀(101-1)은 6T(six transistors) 및 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(102 및 103)(즉, 미러 셀들)을 포함한다. 비트 셀의 실시예가 6개의 트랜지스터들을 갖는 것으로 도시되지만, 비트 셀들에 대한 다른 아키텍쳐들이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 집적형 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(102/103)로 구성되는 4T 또는 8T 비트 셀들이 기본 SRAM 비트 셀로서 6T SRAM 비트 셀들 대신에 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, NV-SRAM 비트-셀(101-1)은 n형 트랜지스터들(MN1, MN2, MN3, 및 MN4); 및 p형 트랜지스터들(MP1 및 MP2)를 포함한다. 트랜지스터들(MN3 및 MN4)은 WL(word-line)에 의해 제어될 수 있는 액세스 디바이스들이다. 일부 실시예들에서, 액세스 디바이스들은 상보형 WL 신호들에 의해 제어될 수 있는 p형 디바이스들이다. 액세스 디바이스들(MN3 및 MN4)의 소스/드레인 단자들은 도시되는 바와 같이 BL(bit-line) 및 BLB(complementary bit-line)에 연결된다. 여기서, 노드들 및 신호들에 대한 레이블들은 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다. 예를 들어, BL은 문장의 문맥에 따라 노드 BL 또는 신호 BL을 지칭할 수 있다.
트랜지스터들(MP1 및 MN1)은 함께 제1 인버터를 형성하고, 한편 트랜지스터들(MP2 및 MN2)은 함께 제2 인버터를 형성한다. 일부 실시예들에서, 제1 NV 저항성 메모리 디바이스(102)는 노드들 n1 및 n11 사이에 연결되어, 제1 NV 저항성 메모리 디바이스(102)는 제1 인버터의 출력 노드 n11을 노드 n1을 통해 액세스 디바이스(MN3)에 그리고 제2 인버터에 연결한다. 일부 실시예들에서, 제2 NV 저항성 메모리 디바이스(103)는 노드들 n2 및 n22 사이에 연결되어, 제2 NV 저항성 메모리 디바이스(103)는 제2 인버터의 출력 노드 n22를 노드 n2를 통해 액세스 디바이스(MN4)에 그리고 제1 인버터에 연결한다.
일부 실시예들에서, 제1 및 제2 저항성 메모리 엘리먼트들(102 및 103)은 가변 저항이 있는 메모리 엘리먼트를 사용하여 정보를 저장한다. 예를 들어, STT 기반 디바이스의 저항은 2개의 자성층들(즉, 자유 자성층 및 고정형/핀형(fixed/pinned) 자성층)의 상대적인 자화 극성들에 의존한다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 저항성 메모리 엘리먼트들(102, 103)은 MTJ(magnetic tunneling junction) 디바이스들이다. 이러한 일 실시예에서, MTJ 디바이스(102)의 자유 자성층은 노드 n1에 연결되고 한편 MTJ 디바이스(102)의 고정 자성층은 노드 n11에 연결된다. MTJ 예로 계속하면, 일부 실시예들에서, MTJ 디바이스(103)의 자유 자성층은 노드 n2에 연결되고 MTJ 디바이스(103)의 고정 자성층은 노드 n22에 연결된다.
일부 실시예들에서, 제1 및 제2 저항성 메모리 엘리먼트들(102 및 103)은 CBRAM에서 사용되는 바와 같이 도전성 브리징 디바이스들로 형성된다. 도전성 브리징 디바이스들의 저항은 유전체 또는 전해질을 통한 도전 경로들의 형성 및 제거에 의존한다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 저항성 메모리 엘리먼트들(102 및 103)은 PCM 디바이스들로 형성된다. PCM 디바이스의 저항은 칼코게나이드의 결정질 또는 비정질 상태에 의존한다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 저항성 메모리 엘리먼트들(102 및 103)은 MIM(Metal-Insulator-Metal) 기반 구조들을 사용하여 형성된다. 이들 (및 가능하게는 다른) 저항성 메모리 기술들에 대한 기본 메모리 엘리먼트가 변할 수 있지만, 이들에 대한 기입 및 판독을 위한 방법들은 전기적으로 유사할 수 있고, 본 개시내용의 다양한 실시예들에 의해 포함된다.
NV 저항성 메모리 엘리먼트들(102/103)에 2진수 '0 또는 '1(즉, 각각 논리 로우 또는 논리 하이)을 기입하는 것은, NV-SRAM 비트 셀에서의 저항성 엘리먼트를 통해 인가되는 전류, 또는 이를 거치는 전압을 구동하여, (예를 들어, STT-MRAM에 의한 스핀 전달 토크, PCM에 의한 가열, ReRAM에 의한 금속 마이그레이션, 또는 CBRAM에 의한 금속 이온 유동에 의해) 이를 RH(higher-resistivity) 또는 RL(lower-resistivity) 상태로 강요하는 것을 포함한다. RH에 대한 통상적인 값은 20㏀s(kilo Ohms)이고 한편 RL에 대한 통상적인 값은 10㏀s이다(일반적으로 트랜지스터들의 온 상태 저항을 초과함). 저항성 메모리 엘리먼트들(102/103)의 기술에 의존하여, 예를 들어, 저항들을 RH로부터 RL로 또는 RL로부터 RH로 스위칭하는데 100㎰(picoseconds) 내지 1㎱(nanoseconds)의 지속시간으로 0.5V 내지 1.0V의 인가가 사용될 수 있다. 전압 바이어의 양의 또는 음의 극성은 스위칭이 RL로부터 RH로인지 또는 그 반대로인지 결정한다. 일부 실시예들에서, NV 저항성 엘리먼트들(102/103)은 NV 저항성 엘리먼트들(102/103) 옆의 굵은 화살표들에 의해 표시되는 바와 같이 방향성을 갖는다(즉, 그들에 걸치는 전압의 부호의 변화에 대해 대칭이 아님).
일부 실시예들에서, NV-SRAM(101-1)은 자신의 내용들을 자체 저장하고 자체 복구하도록 동작될 수 있다. 이와 같이, 전력 차단 또는 전력 손실 동안, NV-SRAM(101-1)은 저장 노드들 n1 및 n2 상에 저장된 데이터를 각각 제1 및 제2 저항성 메모리 엘리먼트들(102 및 103) 상에 저장할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력이 NV-SRAM(101-1)에 이용 가능하게 됨에 따라, 제1 및 제2 저항성 메모리 엘리먼트들(102 및 103)에 저장된 데이터는 저장 노드들 n1 및 n2에 다시 복구된다. 일부 실시예들에서, 자체 저장 및 자체 복구 동작들은 메모리 인터페이스 상에서 데이터를 송신/수신하지 않고 수행된다.
자체 저장 및 자체 복구 동작들을 설명하는 목적들을 위해, 노드 n1은 초기에 Vcc로 충전되는 것으로 가정되고 한편 노드 n2는 초기에 제로 볼트에 있는 것으로 가정된다. 일부 실시예들에서, 제1 로직(104)은 Vcc의 전압 레벨을 검출하여 NV-SRAM으로의 전원이 Vmin(즉, 그 아래에서 저장 노드들 n1 및 n2가 그들의 저장된 데이터를 잃는 최소 동작 공급 레벨) 아래인지 결정한다. 일부 실시예들에서, Vcc의 전압 레벨이 Vmin 레벨 아래에 점점 가까워진다(예를 들어, Vmin의 5% 이내)는 점을 제1 로직(104)이 결정할 때, 이는 저장 노드들 n1 및 n2로부터 저항성 메모리 엘리먼트들(102/103)에 각각 데이터를 저장하는 자체 저장의 프로세스를 시작한다.
일부 실시예들에서, 제1 로직(104)은 프로세스가 전력을 거의 상실하고 있다는 표시를 수신하자마자(예를 들어, 메모리를 갖는 프로세서가 셧다운되거나 또는 휴면 상태와 같은 저 전력 상태에 진입함) 자체 저장의 프로세스를 시작한다. 다른 실시예들에서, 자체 저장 프로세스를 언제 시작할지 결정하기 위해 제1 로직(104)에 의해 다른 표시들이 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 로직(104)은 양쪽 비트 라인들(즉, BL 및 BLB)을 실질적으로 제로 볼트들로(또는 접지로) 설정하는 것에 의해 자체 저장 프로세스를 시작한다. 일부 실시예들에서, WL들(트랜지스터들(MN3 및 MN4)의 게이트 단자들에 연결됨)에 대한 전압은 제1 로직(104)에 의해 Vtn(즉, n 형 트랜지스터들(MN3/MN4)의 임계 전압) 위로 그리고 전원 Vcc 아래로 설정된다. 예를 들어, WL들은 액세스 트랜지스터들(MN3 및 MN4)의 게이트들을 개방(즉, 턴 온)하기에 충분한 0.4Vcc로 설정된다.
임계 전압 바로 위의 전압을 인가하는 것에 의해, 액세스 디바이스들(MN3 및 MN4)의 저항들은 각각 제1 및 제2 저항성 엘리먼트들(102 및 103)의 저항들보다 높게 된다. 이와 같이, 전압 강하는 노드 n1(초기에 Vcc 레벨로 충전되었음) 상에 나타난다. 예를 들어, 노드 n1 상의 전압은 Vcc 레벨로부터 0.5V로 강하한다. 동일한 예로 계속하면, 이전에 제로 볼트였기 때문에 노드 n2 상에 전압 강하가 발생하지 않는다. 노드 n22 상의 전압은 제로 볼트로 유지되고, 한편 노드 n11상의 전압은 실질적으로 Vcc(즉, 제1 저항성 디바이스(102)의 저항 변화로 인해 Vcc보다 약간 적음)이다.
본 예에서, 노드 n1 상의 전압이 이전의 Vcc 레벨로부터 강하하기 때문에, 제2 NV 저항성 디바이스(103)의 저항은 고 저항(RH)로 유지되는 한편 제1 NV 저항성 디바이스(102)의 저항은 고 저항 RH로부터 저 저항(RL)로 감소된다. 이와 같이, NV-SRAM 셀들의 외부로부터 데이터가 전송되지 않고, 노드들 n1 및 n2 상의 이전에 저장된 데이터는 각각 저항들(RL 및 RH)에 의해 표시되는 바와 같이 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102 및 103) 상에 임프린트된다. 여기서, RL 상태는 논리 하이의 저장을 나타내는 제1 NV 저항성 디바이스(102)의 저항이고, RH는 논리 로우의 저장을 나타내는 제2 NV 저항성 디바이스(103)의 저항이다.
일부 실시예들에서, 제2 로직(104)은 NV-SRAM(101-1)으로 하여금 그 값들을 자체 복구하게 동작될 수 있다. 예를 들어, 제2 로직(104)은 NV-SRAM(101-1)이 저장 노드들 n1 및 n2 상의 전압들을 복구하는 것을 시작하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 자체 복구 동작은 제2 로직(104)과 독립적으로(즉, Vcc 전력이 정상 레벨로 상승함에 따라 자동적으로) 발생한다.
전원이 꺼져 있을 때(예를 들어, 저 전력 상태 동안 또는 SRAM을 갖는 컴퓨팅 시스템이 전력이 차단될 때), BL, BLB, WL 및 내부 노드들(예를 들어, n1, n2, n22 및 n11) 상의 전압들은 제로 볼트로 초과 방전된다. 전원이 상승(즉, Vcc가 정상 레벨로 상승)함에 따라, 제1 인버터는 가동이 되고, 노드 n2 상의 (제로 볼트에서의) 입력을 노드 n11 상의 고 전압으로서 반전시킨다. 제1 NV 저항성 디바이스(102)의 저 저항 RL 때문에, 노드 n1 상의 전압은 제로 볼트로부터 Vcc로 상승한다. 그러나, 제2 NV 저항성 디바이스(103)의 고 저항 RH 때문에, 노드 n2는 제2 인버터(즉, 트랜지스터들(MP2 및 MN2))에 의해 보강되는 바와 같이 제로 볼트로 유지된다. 이와 같이, 일부 실시예들에 따르면, 저장 노드들 n1 및 n2 상의 원본 데이터(즉, 논리 하이 및 논리 로우)는 전원이 Vcc 레벨로 상승함에 따라 자동으로 복구된다.
일부 실시예들에서, 자체 복구 동작이 완료된 후(예를 들어, 미리 결정된 시간량 동안 대기한 후), 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102, 103)이 재설정된다. 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102/103)를 재설정하는 것에 의해, 새로운 데이터를 정확하게 저장하는 것을 간섭하는 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102/103)에 저장된 이력 데이터와 관련된 쟁점들이 회피된다. 일부 실시예들에서, 제3 로직(105)은 유휴 시간 동안 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102, 103)을 재설정하도록 동작될 수 있다. 예를 들어, SRAM에 데이터가 기록되지 않을 때, 또는 SRAM이 비활성일 때, 제3 로직(105)은 재설정 동작을 착수한다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102 및 103)을 재설정하기 위해, 양쪽 비트 라인들(즉, BL 및 BLB) 및 WL이 전원 레벨(즉, Vcc)로 설정된다. 이와 같이, 액세스 디바이스들(MN3 및 MN4)이 턴 온된다.
액세스 디바이스(MN3)가 턴 온되면, 노드 n1 상의 전압은 논리 하이
(즉, Vcc 레벨)가 된다. 본 예로 계속하면, 제2 인버터는 노드 n22로 하여금 논리 로우가 되게(또는 논리 로우로 유지되게) 한다. 제2 NV 저항성 디바이스(103)의 이전의 고 저항 상태로 인해, 노드 n2 상의 전압은 동일하게 유지된다(즉, 제로 볼트). 이와 같이, 액세스 디바이스들(MN3 및 MN4)이 턴 온될 때, 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102 및 103) 상에 각각 고 저항 상태 RH가 설정된다(즉, 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들은 알려진 저항 상태들로 재설정된다). 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102, 103)의 저항들을 RH로 재설정하는 것에 의해, NV-SRAM 비트 셀(101-1)은 정상 동작을 수행할 수 있으며 그 이유는 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102, 103)이 정상 판독/기입 메모리 동작들을 간섭하지 않기 때문이다.
일부 실시예들에서, NV 저항성 메모리 엘리먼트들(102/103)은 SRAM 셀 코어(예를 들어, 종래의 6T 또는 8T 트랜지스터들)와 집적되어 SRAM 셀의 정상 동작들 동안 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(102/103)의 상태들이 보존된다.
도 2a는, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 휘발성 메모리 노드들로부터 집적형 NV 미러 셀로 데이터를 자체 저장하기 위한 방법의 흐름도(200)를 도시한다. 임의의 다른 도면의 엘리먼트들과 동일한 참조 번호들(또는 명칭들)을 갖는 도 2a의 엘리먼트들은 설명된 것과 유사한 임의의 방식으로 동작 또는 기능할 수 있지만, 이러한 것에 제한되는 것은 아니라는 점이 주목된다.
도 2a에 관한 흐름도(200)에서의 블록들은 특정한 순서로 도시되지만, 액션들의 순서는 수정될 수 있다. 따라서, 예시되는 실시예들은 상이한 순서로 수행될 수 있고, 일부 액션들/블록들은 병렬로 수행될 수 있다.
도 2a에 열거되는 블록들 및/또는 동작들 중 일부는 특정 실시예들에 따라 선택적이다. 제시되는 블록들의 넘버링은 명료성을 위한 것이며, 다양한 블록들이 발생해야 하는 동작들의 순서를 규정하려고 의도되는 것은 아니다.
추가적으로, 다양한 흐름들로부터의 동작들은 다양한 조합들로 이용될 수 있다.
블록 201에서, 제1 로직(104)은 SRAM이 저 전력 상태에 진입하고 있다는(예를 들어, 휴면 상태) 또는 전력을 잃고 있다는(예를 들어, SRAM이 턴 오프되고 있음) 점을 식별한다. 일부 실시예들에서, 제1 로직(104)은 BL 및 BLB를 제로 볼트로 설정하는 것에 의해 자체 저장 프로세스를 착수한다. 블록 202에서, 제1 로직(103)은 액세스 디바이스들(MN3 및 MN4)의 임계 전압보다 위이지만 전원(Vcc) 아래이도록 WL 전압을 설정한다. 이와 같이, 제1 및/또는 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102 및 103)의 저항들은 저장 노드들 n1 및 n2의 초기 조건들에 따라 (NV 저항성 엘리먼트들 중 하나가 저항 RL을 갖고 나머지 하나가 저항 RH를 갖도록) 변경된다. 블록들 201 및 202는 일부 실시예들에 따라 병렬로 또는 역순으로 수행될 수 있다.
도 2b는, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 집적형 NV 미러 셀로부터 휘발성 메모리 노드들로 데이터를 자체 복구하기 위한 방법의 흐름도(220)를 도시한다. 임의의 다른 도면의 엘리먼트들과 동일한 참조 번호들(또는 명칭들)을 갖는 도 2b의 엘리먼트들은 설명된 것과 유사한 임의의 방식으로 동작 또는 기능할 수 있지만, 이러한 것에 제한되는 것은 아니라는 점이 주목된다.
도 2b에 관한 흐름도(220)에서의 블록들이 특정 순서로 도시되지만, 액션들의 순서는 수정될 수 있다. 따라서, 예시되는 실시예들은 상이한 순서로 수행될 수 있고, 일부 액션들/블록들은 병렬로 수행될 수 있다. 도 2b에 열거되는 블록들 및/또는 동작들 중 일부는 특정 실시예들에 따라 선택적이다. 제시되는 블록들의 넘버링은 명료성을 위한 것이며, 다양한 블록들이 발생해야 하는 동작들의 순서를 규정하려고 의도되는 것은 아니다.
추가적으로, 다양한 흐름들로부터의 동작들은 다양한 조합들로 이용될 수 있다.
블록 221에서, 제2 로직(105)은 0V로부터 Vcc로 전원이 램핑함에 따라 BL, BLB 및 WL로 하여금 제로 볼트로 유지되게 한다. 노드 n1이 초기에 Vcc 레벨이었고 노드 n2가 제로 볼트이었던 예로 계속하면, 전원이 꺼져 있을 때(예를 들어, 저 전력 상태 동안 또는 SRAM을 갖는 컴퓨팅 시스템이 전력이 차단될 때), 일부 실시예들에 따르면, BL, BLB, WL 및 내부 노드들(예를 들어, n1, n2, n22 및 n11) 상의 전압들은 제로 볼트로 초과 방전된다. 전원이 0V로 감소되기 전에, 노드들 n1 및 n2 상의 전압 상태들은 도 2a를 참조하여 논의되는 바와 같이 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102 및 103) 상에 임프린트된다.
다시 도 2b를 참조하면, 전원이 상승(즉, Vcc가 정상 레벨로 상승)함에 따라, 제1 인버터는 가동이 되고, (제로 볼트에서의) 입력 n2를 노드 n11 상의 고 전압으로 반전시킨다. 제1 NV 저항성 디바이스(102)의 저 저항 RL 때문에, 노드 n1 상의 전압은 제로 볼트로부터 Vcc로 상승한다. 그러나, 제2 NV 저항성 디바이스(103)의 고 저항 RH 때문에, 노드 n2는 제2 인버터(즉, 트랜지스터들(MP2 및 MN2))에 의해 보강되는 바와 같이 제로 볼트로 유지된다. 이와 같이, 저장 노드들 n1 및 n2 상의 원본 데이터(즉, 논리 하이 및 논리 로우)는 전원이 Vcc 레벨로 상승함에 따라 자동으로 복구된다.
블록 222에서, 노드들 n1 및 n2 상의 복구된 값들이 정상 SRAM 판독 동작에 의해 판독될 수 있다. 일부 실시예들에서, 판독 동작은 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102 및 103)을 재설정한 후에 수행된다. 이와 같이, 블록 223에서는, 자체 복구 동작이 완료된 후(예를 들어, 미리 결정된 양의 시간 동안 대기 한 후), 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102 및 103)이 재설정된다. 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102/103)을 재설정하는 것에 의해, 새로운 데이터를 정확하게 저장하는 것을 간섭하는 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102/103)에 저장된 이력 데이터와 관련된 쟁점들이 회피된다.
일부 실시예들에서, 제3 로직(105)은 유휴 시간 동안 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102, 103)을 재설정하도록 동작될 수 있다. 예를 들어, SRAM에 데이터가 기록되지 않을 때, 또는 SRAM이 비활성일 때, 제3 로직(105)은 재설정 동작을 착수한다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102 및 103)을 재설정하기 위해, 양쪽 비트 라인들(즉, BL 및 BLB) 및 WL이 전원 레벨(즉, Vcc)로 설정된다. 이와 같이, 액세스 디바이스들(MN3 및 MN4)이 턴 온된다.
액세스 디바이스(MN3)가 턴 온되면, 노드 n1 상의 전압은 논리 하이(즉, Vcc 레벨)이 된다. 본 예로 계속하면, 제2 인버터는 노드 n22로 하여금 논리 로우가 되게(또는 논리 로우로 유지되게) 한다. 제2 NV 저항성 디바이스(103)의 이전의 고 저항 상태로 인해, 노드 n2 상의 전압은 동일하게 유지된다(즉, 제로 볼트). 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102, 103)의 저항들을 RH로 재설정하는 것에 의해, NV-SRAM 비트 셀(101-1)은 정상 판독 동작을 수행할 수 있으며 그 이유는 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102, 103)이 그 동작들을 간섭하지 않기 때문이다(즉, 블록 222는 블록 223 이후 수행될 수 있음).
도 3은, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 집적형 NV 미러 셀들 및 관련 로직을 포함하는 SRAM 비트 셀들의 컬럼(300)을 도시한다. 임의의 다른 도면의 엘리먼트들과 동일한 참조 번호들(또는 명칭들)을 갖는 도 3의 엘리먼트들은 설명된 것과 유사한 임의의 방식으로 동작 또는 기능할 수 있지만, 이러한 것에 제한되는 것은 아니라는 점이 주목된다.
컬럼(300)은 NV-SRAM(301-1 내지 301-N)을 포함하며, 여기서 'N'은 정수이다. 실시예들을 불명료하게 하지 않기 위해, NV-SRAM(101-1)과 NV-SRAM(301-1) 사이의 차이점들이 설명된다. 여기서, 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(102, 103)은 제거된다. 트랜지스터들(MN1 및 MN2)의 소스 단자들을 접지(또는 Vss)에 연결하는 대신에, 트랜지스터들(MN1 및 MN2)의 소스 단자들은 각각 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(302 및 303)에 직렬로 연결된다. 일부 실시예들에서, NV-SRAM(301-1)은 추가적인 n형 디바이스들(MN5, MN6, MN7, MN8 및 MN9)을 포함한다.
일부 실시예들에서, 트랜지스터 MN5의 소스/드레인 단자는 노드 n3에 연결되고, 트랜지스터 MN5의 드레인/소스 단자는 BL에 연결되며, 트랜지스터 MN5의 게이트 단자는 ST에 연결된다. 일부 실시예들에서, 트랜지스터 MN7의 소스/드레인 단자는 노드 n4에 연결되고, 트랜지스터 MN7의 드레인/소스 단자는 BLB에 연결되며, 트랜지스터 MN7의 게이트 단자는 ST에 연결된다. 일부 실시예들에서, 트랜지스터 MN6의 드레인 단자는 노드 n3에 연결되고, 트랜지스터 MN6의 소스 단자는 접지에 연결되며, 트랜지스터 MN6의 게이트 단자는 NR1에 연결된다. 일부 실시예들에서, 트랜지스터 MN8의 드레인 단자는 노드 n4에 연결되고, 트랜지스터 MN8의 소스 단자는 접지에 연결되며, 트랜지스터 MN8의 게이트 단자는 NR1에 연결된다. 일부 실시예들에서, 제1 NV 저항성 디바이스(302)는 노드 n3 및 트랜지스터 MN9의 드레인 단자에 연결된다. 일부 실시예들에서, 제2 NV 저항성 디바이스(303)는 노드 n4 및 트랜지스터 MN9의 드레인 단자에 연결된다. 일부 실시예들에서, 트랜지스터 MN9의 게이트 단자는 NR2에 연결된다.
도 3의 실시예가 추가의 5개의 n형 디바이스들(MN5, MN7, MN6, MN8, 및 MN9)을 참조하여 설명되지만, p형 트랜지스터들이 도 7을 참조하여 설명되는 바와 같이 대신 사용될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(302, 303)은 가변 저항이 있는 메모리 엘리먼트를 사용하여 정보를 저장한다. 예를 들어, STT 기반 디바이스의 저항은 2개의 자성층들(즉, 자유 자성층 및 고정형/핀형(fixed/pinned) 자성층)의 상대적인 자화 극성들에 의존한다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(302, 303)은 MTJ 디바이스들이다. 이러한 일 실시예에서, MTJ 디바이스(302)의 자유 자성층은 노드 n3에 연결에 연결되는 한편 MTJ 디바이스(302)의 고정 자성층은 트랜지스터 MN9의 드레인 단자(즉, 노드 n5)에 연결된다. MTJ 예로 계속하면, 일부 실시예들에서, MTJ 디바이스(303)의 자유 자성층은 노드 n4에 연결되고, MTJ 디바이스(303)의 고정 자성층은 트랜지스터 MN9의 드레인 단자(즉, 노드 n5)에 연결된다.
일부 실시예들에서, 제1 및 제2 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(302 및 303)은 CBRAM에서 사용되는 바와 같은 도전성 브리징 디바이스들로 형성된다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(302 및 303)은 PCM 디바이스들로 형성된다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(302 및 303)은 MIM 기반 구조들을 사용하여 형성된다. 일부 실시예들에서, 제어 신호들 NR1, NR2 및 ST는 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(302 및 303)에 대해 저장 데이터를 자체 저장하고 자체 복구하기 위해 NV-SRAM 내에 집적되는 로직에 의해 제공된다. 일부 실시예들에서, 제어 신호들 NR1, NR2 및 ST는 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(302 및 303)에 대해 저장 데이터를 자체 저장하고 자체 복구하기 위해 NV-SRAM 외부의 로직에 의해 제공된다. 일부 실시예들에서, NV 저항성 엘리먼트들(302/303)은 NV 저항성 엘리먼트들(302/303) 옆의 하향 굵은 화살표들에 의해 표시되는 바와 같이 방향성을 갖는다.
도 4a는, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 도 3의 SRAM 비트 셀에 대한 데이터를 자체 저장하고 자체 복구하기 위한 방법의 흐름도(400)를 도시한다. 임의의 다른 도면의 엘리먼트들과 동일한 참조 번호들(또는 명칭들)을 갖는 도 4a의 엘리먼트들은 설명된 것과 유사한 임의의 방식으로 동작 또는 기능할 수 있지만, 이러한 것에 제한되는 것은 아니라는 점이 주목된다.
도 4a에 관한 흐름도에서의 블록들은 특정한 순서로 도시되지만, 액션들의 순서는 수정될 수 있다. 따라서, 예시되는 실시예들은 상이한 순서로 수행될 수 있고, 일부 액션들/블록들은 병렬로 수행될 수 있다. 도 4a에 열거되는 블록들 및/또는 동작들 중 일부는 특정 실시예들에 따라 선택적이다. 제시되는 블록들의 넘버링은 명료성을 위한 것이며, 다양한 블록들이 발생해야 하는 동작들의 순서를 규정하려고 의도되는 것은 아니다.
추가적으로, 다양한 흐름들로부터의 동작들은 다양한 조합들로 이용될 수 있다.
블록 401에서, NV-SRAM의 동작 모드가 결정된다. 예를 들어, 동작 모드가 정상 동작 모드이면, 블록 402에서, 제1 및 제2 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(302 및 303)은 전기적으로 바이패스되고 노드들 n3 및 n4은 접지된다. 정상 동작 모드는 SRAM에 집적되는 NV 저항성 메모리 엘리먼트가 없는 것처럼 SRAM이 판독하고 기입하는 모드이다. 정상 동작 동안, 논리 유닛(도시되지 않음)은 제어 신호들(NR1 및 NR2)로 하여금 논리 하이(즉, Vcc)가 되게 한다. 이와 같이, 트랜지스터들(MN6, MN8 및 MN9)는 턴 온되고 노드들 n3, n4 및 n5는 접지에 풀링된다. 정상 모드 동안, 논리 유닛은 트랜지스터들(MN5 및 MN7)을 턴 오프시키기 위해 ST 신호를 논리 로우로 설정한다. 노드들 n3, n4 및 n5로 하여금 접지에 풀링되게 하는 것에 의해, 제1 및 제2 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(302 및 303)은 바이패스되고, 트랜지스터들(MN1 및 MN2)의 소스 단자들은 접지되어 NV-SRAM 비트 셀(301-1)로 하여금 6T SRAM 비트 셀로서 전기적으로 기능하게 한다. 노드들 n3, n4 및 n5를 접지하는 것은 각각 제1 및 제2 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(302 및 303)을 통한 DC 누설 경로를 차단한다.
전력이 꺼지는 동안(예를 들어, NV-SRAM이 휴면 상태에 진입할 때) 또는 전력이 턴 오프 될 때, 프로세스는 블록 403으로 진행한다. 이것은 전력 차단 동작 모드이다. 블록 403에서, 정상 판독 동작이 NV-SRAM 비트 셀들 상에서 수행된다. 정상 판독 동작 동안, NV-SRAM 저장 노드들(예를 들어, 노드들 n1 및 n2)로부터의 데이터는 SA(Sense Amplifier)에 저장된다. 일부 실시예들에서, NV-SRAM 비트 셀들로부터 판독되는 데이터는 SRAM 다이 또는 유닛 밖으로 전송되지 않는다. 이와 같이, SRAM 다이를 프로세서 또는 다른 다이들에 연결하는 버스는 데이터를 전송하고 있지 않다.
블록 404에서, 트랜지스터들(MN5 및 MN7)은 제어 신호들 ST를 논리 하이(즉, Vcc 또는 디바이스들(MN5 및 MN7)을 턴 온으로 유지하기에 충분히 높은 전압)로 설정하는 것에 의해 인에이블된다. 일부 실시예들에서, 트랜지스터들(MN6, MN8 및 MN9)은 NR1 및 NR2를 접지로 설정하는 것에 의해 턴 오프된다. 이와 같이, BL은 트랜지스터 MN5를 통해 제1 저항성 메모리 엘리먼트(302)에 연결되고, BLB는 트랜지스터 MN7을 통해 제2 NV 저항성 메모리 엘리먼트(303)에 연결된다.
블록 405에서, SA에 의해 래치되는 데이터는 NV-SRAM 비트 셀(301-1)에 다시 기입된다. 재기입(write-back) 동작이 시작되기 이전에, 트랜지스터들(MN5 및 MN7)이 턴 온된다. 일 예에서, 데이터를 재기입하기 위해, BL은 논리 하이로 설정되는 한편 BLB는 논리 로우로 설정된다. 이와 같이, BL로부터 BLB로 전류 경로가 형성된다. MN5 및 MN7를 턴 온하는 것에 의해 야기되는 전류 경로는 전류가 제1 및 제2 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(302, 303)을 통해 반대 방향으로 흐르도록 강요한다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 저항성 메모리 엘리먼트들(302, 303)을 통한 전류는 저항성 메모리 엘리먼트들 중 하나로 하여금 저항 RH를 갖게 하는 한편 나머지는 저항 RL을 갖게 한다. 다른 예에서, 전류 경로는 반전될 수 있으며(즉, BL이 논리 로우로 설정되는 한편 BLB가 논리 하이로 설정됨) 그 이유는 BL 및 BLB 상의 로직 상태가 데이터 상태에 의존할 수 있기 때문이다.
제1 및 제2 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(302 및 303)에 대해 상이한 저항들은 저장 노드들 n1 및 n2에 저장되는 데이터(자체 저장 프로세스 동안 다시 기입되는 동일한 데이터임)에 따른다. 일부 실시예들에서, 블록들 403, 404, 및 405의 프로세스는 NV-SRAM의 모든 컬럼들 및 로우들에 대해 반복된다. 도 4a에서의 NV-SRAM에 대한 자체 저장 프로세스의 하나의 기술적 효과는 WL에 대한 중간 전압이 필요없다는 점이다.
(예를 들어, NV-SRAM이 휴면 상태로부터 활성 상태에 진입할 때) 전력 투입 동작 모드 동안 또는 전력이 턴 온되고 있을 때, 프로세스는 자체 복구 동작을 수행하는 블록 406으로 진행한다. 자체 복구 동안, NV-SRAM(301-1)에서의 디바이스들은 제1 및 제2 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(302 및 303)이 SRAM 코어에 연결되도록 제1 및 제2 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(302 및 303)로부터 BL 및 BLB를 연결해제하도록 인에이블된다. 여기서, SRAM 코어는 일부 실시예에 따르면 종래의 6T 트랜지스터들(MP1, MN1, MP2, MN2, MN3 및 MN4)를 포함한다.
일부 실시예들에서, 자체 복구 동안, 제어 신호들 NR1, NR2 및 ST는 논리 로우 레벨(즉, 접지)에 있다. 이와 같이, 트랜지스터들(MN5, MN6, MN7, MN8 및 MN9)이 턴 오프된다. 일부 실시예들에서는, 소스 노드들 n2 및 n4에서, 트랜지스터들(MN1 및 MN2)은 각각 제1 저항성 NV 메모리(302)의 저항 RH 및 제2 저항성 NV 메모리(303)의 저항 RL을 볼 수 있다. NR2가 논리 로우로 설정되므로(즉, 트랜지스터 MP가 턴 오프됨), 노드 n5는 Vcc로 충전된다.
도 4b는, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 도 3의 SRAM의 자체 복구 동작을 보여주는 그래프(420)를 도시한다. 임의의 다른 도면의 엘리먼트들과 동일한 참조 번호들(또는 명칭들)을 갖는 도 4b의 엘리먼트들은 설명된 것과 유사한 임의의 방식으로 동작 또는 기능할 수 있지만, 이러한 것에 제한되는 것은 아니라는 점이 주목된다. 여기에서 x 축은 시간이고 y 축은 전원(Vcc)이다.
그래프(420)는 3개의 영역들(421, 422 및 423)로 분할된다. 영역(421)은 전원(Vcc)이 0V로부터 정상 레벨로 램핑하고 있는 영역이다. 이러한 영역 동안, 저장 노드들 n1 및 n2는 각각 트랜지스터들(MP1 및 MP2)를 통해 함께 풀-업된다(pulled-up). 영역(422)은 트랜지스터 MN9가 먼저 턴 온하고 다음으로 트랜지스터들(MN1 및 MN2)이 턴 온을 시도할 때의 영역이다. 일부 실시예들에서, 제1 NV 저항성 메모리(302)의 고 저항 RH로 인해, 트랜지스터 MN1의 임계 전압(Vt)은 트랜지스터 MN2의 Vt보다 높게 된다(즉, 트랜지스터들(MN1 및 MN2)은 소스 축퇴됨). 이와 같이, 트랜지스터 MN1 턴 온 지속시간은 트랜지스터 MN2의 턴 온 지속시간에 비해 지연된다. "턴 온(turn-on)" 지속시간은 디바이스가 완전히 턴 온하는데 걸리는 시간이다. 그 시간 동안, 턴 온하는 트랜지스터 MN1 지연으로 인해, 노드 n1에서의 전압 레벨은 노드 n2 상의 전압 레벨보다 빠르게 그리고 높게 위로 램핑한다. 영역(423)은 트랜지스터 MN2가 트랜지스터 MN1보다 강하게 자동으로 턴 온하는 영역이다. 이와 같이, 노드 n2 상의 전압은 접지로 풀 다운되는 한편 노드 n1 상의 전압은 하이로 유지된다.
도 5는, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 도 3의 SRAM 비트 셀에 대한 데이터를 자체 저장 및 자체 복구하기 위한 메모리 아키텍처(500)를 도시한다. 임의의 다른 도면의 엘리먼트들과 동일한 참조 번호들(또는 명칭들)을 갖는 도 5의 엘리먼트들은 설명된 것과 유사한 임의의 방식으로 동작 또는 기능할 수 있지만, 이러한 것에 제한되는 것은 아니라는 점이 주목된다.
일부 실시예들에서, 메모리 아키텍처(500)는 NV-SRAM 비트 셀들(예를 들어, 비트 셀(501)(비트 셀(301-1)과 동일 함))의 컬럼들, 컬럼 선택 스위치들, 및 감지 증폭기들(502-0 내지 502-N, 여기서 'N'은 정수임)을 포함한다. NV-SRAM 비트 셀들의 각각의 로우는 전용 WL(예를 들어, 메모리의 블록 당 128개의 WL들)을 수용한다. 예를 들어, 처음 로우는 WL[0]에 의해 제어되고, 다음 로우는 WL[1] 의해 제어되는 등이다. NV-SRAM 비트 셀들의 각각의 컬럼은 BL 및 그 상보형 BLB를 수용한다. 본 예에서는, 4개의 BL들 및 BLB들이 도시된다(즉, BL[0] 내지 BL[3], 및 BLB[0] 내지 BLB[3]). BL 및 BLB는 컬럼 선택 스위치들(예를 들어, sw0, sw1, sw2, 및 sw3)에 의해 SA 및 기입 드라이버에 연결된다. 일부 실시예들에서, NV 저항성 메모리 엘리먼트들에 데이터를 자체 저장하기 위해, SRAM 데이터는 정상 판독 동작을 사용하여 판독된다. 정상 판독 동작 동안, 컬럼 선택 스위치들은 판독 데이터를 SA(예를 들어, SA(502-1))에 래치하도록 턴 온된다. 다음으로 이러한 래치된 데이터는, 기입 드라이버에 의해 BL 및 BLB를 통해, 선택된 NV-SRAM(예를 들어, NV-SRAM 비트 셀(501))의 NV 저항성 메모리 엘리먼트에 재기입된다.
일부 실시예들에서, 제어 로직(도시되지 않음)은 NV-SRAM 다이 또는 섹션 내에 구현되고, 전력 투입 동안, 전력 투입 이후, 및 전력 차단 이전에 다음의 기능들을 수행하도록 동작될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 투입 동안, 일반적으로 프로세서는 POR(power-on reset) 또는 PG(power-good) 신호를 생성한다. 일부 실시예들에서, 전력 투입 동안 그리고 POR 또는 PG 신호 이전에, NR2는 논리 하이(즉, Vcc)로 강요되는 한편 NR1 및 ST 신호들은 논리 로우(즉, 접지)로 강요된다. 일부 실시예들에서, 전력 투입 이후(즉, POR 또는 PG가 생성된 후), NR2는 논리 하이(즉, Vcc)로 유지된다. 전력 투입 후 Vcc는 완전한 정상 레벨에 있다. 일부 실시예들에서, NR1은 POR 또는 PG의 트리거링에 의해 논리 하이(즉, Vcc)로 강요된다.
일부 실시예들에서는, 전력 차단 전에, NV-SRAM 다이 또는 섹션이 PO(power-off) 신호를 수신한다. 예를 들어, NV-SRAM은 SoC(System-on-Chip)로부터 PO 신호를 수신한다. 일부 실시예들에서, PO 신호가 수신된 이후, NV-SRAM 다이 섹션은 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 논의되는 명령 시퀀스들 중 하나를 따르는 것에 의해 자체 저장 동작을 위해 준비한다. 일부 실시예들에서, 이러한 명령 시퀀스들은 데이터 버스 트랜잭션을 제거하고 또한 명령 버스 트랜잭션들을 감소시킬 수 있다. 이와 같이, 외부 NV 미러 어레이들, 디바이스들, 및 칩들을 사용하는 기존 NV 복구 기술들에 비해 낮은 전력 소비가 달성된다.
도 6a 내지 도 6c는, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 도 3의 SRAM 비트 셀을 사용하여 자체 저장하기 위한 명령들(600, 620 및 630)의 시퀀스를 도시한다. 임의의 다른 도면의 엘리먼트들과 동일한 참조 번호들(또는 명칭들)을 갖는 도 6a 내지 도 6c의 엘리먼트들은 설명된 것과 유사한 임의의 방식으로 동작 또는 기능할 수 있지만, 이러한 것에 제한되는 것은 아니라는 점이 주목된다.
명령들의 시퀀스(600)는 RD(Read) 및 SWR(Store-Write) 명령들을 사용하여 자체 저장 동작을 수행한다. 각각의 로우 및 컬럼에 대해, RD 및 SWR 동작들이 수행된다. 예를 들어, 전력이 차단될 때까지, 제1 로우 R1 및 제1 컬럼 C1(즉, R1C1) 상에 RD가 수행되고 뒤따라서 R1C1 상에 SWR이 수행되는 등이다. 일부 실시예들에서, 메모리 제어기(도시되지 않음)는 (도 3을 참조하여 설명된 것과 같은) NV-SRAM의 자체 저장 동작을 수행하라는 RD 및 SWR 명령들을 발행한다. 시퀀스 명령(600)은 메모리 제어기 명령들이 자체 저장을 위해 내부적으로 생성된 명령보다 많이 사용되는 예를 도시한다.
명령들의 시퀀스(620)는 메모리 제어기에 의해 발행되는 명령들을 감소시키는 것에 의해 명령들(600)의 시퀀스에 비해 버스 트래픽을 감소시킨다. 일부 실시예들에서, LRD(Load-Read) 및 저장-기입(Store-Write) 명령들을 조합하는 저장(Store)이라 불리우는 새로운 명령이 정의된다. 이와 같이, 자체 저장 동작을 수행하기 위해 메모리 제어기에 의해 발행되는 명령들의 수는 절반이 된다. 본 예에서, 전력이 차단될 때까지 자체 저장 작업을 수행하기 위해 NV-SRAM의 각각의 로우 및 컬럼에 대해 STR 명령이 발행된다.
명령들의 시퀀스(630)는 명령들의 시퀀스(630)에 비해 버스 트래픽을 더욱 감소시킨다. 일부 실시예들에서, NV-SRAM에 대해 메모리 제어기에 의해 한번 발행되는 새로운 명령 SST(Self-Store)가 정의된다. 일단 발행되면, NV-SRAM은 내부적으로(즉, 메모리 제어기 발행 명령들과 독립적으로) NV-SRAM의 로우 및 컬럼 당 RD 및 SWR 동작들을 수행한다.
일부 실시예들에서는, 어드레스 카운터가 있는 SST 제어기 로직이 NV-SRAM 다이 또는 섹션에서 구현된다. 일부 실시예들에서는, DRAM(Dynamic Random Access Memory) 자체 리프레시(Self-Refresh ) 모드와 같이, 메모리 제어기가 SST를 발행한 후, NV-SRAM 다이 또는 섹션이 내부적으로 및 자동적으로 어드레스 카운터로 STR 동작을 가동한다. 명령들의 시퀀스(630)에서의 제2 명령 라인은 일부 실시예들에 따른 NV-SRAM 다이 또는 섹션에서의 명령 동작들의 내부 이미지이다. 일부 실시예들에서, SST 명령을 수신한 후, NV-SRAM 다이 또는 섹션 자체는 순차적으로 그리고 내부적으로 생성되는 어드레스로 명령 시퀀스(즉, 제2 명령 라인)를 가동한다.
도 7은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 NV-SRAM 비트 셀(700)을 도시한다. 임의의 다른 도면의 엘리먼트들과 동일한 참조 번호들(또는 명칭들)을 갖는 도 7의 엘리먼트들은 설명된 것과 유사한 임의의 방식으로 동작 또는 기능할 수 있지만, 이러한 것에 제한되는 것은 아니라는 점이 주목된다. 도 3의 실시예가 추가 5개의 n형 디바이스들(MN5, MN7, MN6, MN8 및 MN9)를 참조하여 설명되지만, p형 트랜지스터들이 NV-SRAM 비트 셀(700)을 참조하여 설명되는 바와 같이 대신 사용된다.
일부 실시예들에서, 트랜지스터 MP5의 소스/드레인 단자는 노드 n3에 연결되고, 트랜지스터 MP5의 드레인/소스 단자는 BL에 연결되며, 트랜지스터 MP5의 게이트 단자는 STB에 연결된다. 여기서, STB는 ST의 반전이고, NR1B는 NR1의 반전이며, NR2B는 NR2의 반전이다. 일부 실시예들에서, 트랜지스터 MP7의 소스/드레인 단자는 노드 n4에 연결되고, 트랜지스터 MP7의 드레인/소스 단자는 BLB에 연결되며, 트랜지스터 MP7의 게이트 단자는 STB에 연결된다. 일부 실시예들에서, 트랜지스터 MP6의 드레인 단자는 노드 n3에 연결되고, 트랜지스터 MP6의 소스 단자는 전력 전원(Vcc)에 연결되며, 트랜지스터 MP6의 게이트 단자는 NR1B에 연결된다. 여기서, 노드 n3은 MP1의 소스/드레인 단자에 연결되는 한편 노드 n4는 MP2의 소스/드레인 단자에 연결된다.
일부 실시예들에서, 트랜지스터 MP8의 드레인 단자는 노드 n4에 연결되고, 트랜지스터 MP8의 소스 단자는 전력 전원(Vcc)에 연결되며, 트랜지스터 MP8의 게이트 단자는 NR1B에 연결된다. 일부 실시예들에서, 제1 NV 저항성 디바이스(702)는 노드 n3 및 트랜지스터 MP9의 드레인 단자에 연결된다. 일부 실시예들에서, 제2 NV 저항성 디바이스(703)는 노드 n4 및 트랜지스터 MP9의 드레인 단자에 연결된다. 일부 실시예들에서, 트랜지스터 MP9의 게이트 단자는 NR2B에 연결된다. MP9의 소스 단자는 전원(Vcc)에 연결된다.
일부 실시예들에서, 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(702 및 703)은 가변 저항이 있는 메모리 엘리먼트를 사용하여 정보를 저장한다. 예를 들어, STT 기반 디바이스의 저항은 2개의 자성층들(즉, 자유 자성층 및 고정형/핀형(fixed/pinned) 자성층)의 상대적인 자화 극성들에 의존한다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(702, 703)은 MTJ 디바이스들이다. 이러한 일 실시예에서, MTJ 디바이스(702)의 자유 자성층은 노드 n3에 연결되는 한편 MTJ 디바이스(702)의 고정 자성층은 트랜지스터 MP9의 드레인 단자(즉, 노드 n5)에 연결된다. MTJ 예로 계속하면, 일부 실시예들에서, MTJ 디바이스(703)의 자유 자성층은 노드 n4에 연결되고 MTJ 디바이스(703)의 고정 자성층은 트랜지스터 MP9의 드레인 단자(즉, 노드 n5)에 연결된다.
일부 실시예들에서, 제1 및 제2 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(702 및 703)은 CBRAM에서 사용되는 바와 같은 도전성 브리징 디바이스들로 형성된다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(702 및 703)은 PCM 디바이스들로 형성된다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 NV 저항성 메모리 엘리먼트들(702 및 703)은 MIM 기반 구조들을 사용하여 형성된다. 일부 실시예들에서, 제어 신호들 NR1B, NR2B 및 STB는 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(702 및 703)에 대해 저장 데이터를 자체 저장하고 자체 복구하기 위해 NV-SRAM 내에 집적되는 로직에 의해 제공된다. 일부 실시예들에서, 제어 신호들 NR1B, NR2B 및 STB는 제1 및 제2 NV 저항성 엘리먼트들(702 및 703)에 대해 저장 데이터를 자체 저장하고 자체 복구하기 위해 NV-SRAM 외부의 로직에 의해 제공된다. 일부 실시예들에서, NV 저항성 엘리먼트들(702/703)은 NV 저항성 엘리먼트들(302/303) 옆의 상향 굵은 화살표들에 의해 표시되는 바와 같이 방향성을 갖는다.
자체 저장 및 자체 복구의 동작들은 도 3을 참조하여 설명되는 것들과 유사하다. 일부 실시예들에서, NV 저항성 엘리먼트들(702 및 703)에 각각 데이터를 재기입하기 위해 추가적인 반전 로직이 추가된다.
도 8은, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 집적형 NV 메모리를 갖는 SRAM이 있는 3D(three-dimensional) IC(Integrated Circuit)(800)를 도시한다. 임의의 다른 도면의 엘리먼트들과 동일한 참조 번호들(또는 명칭들)을 갖는 도 8의 엘리먼트들은 설명된 것과 유사한 임의의 방식으로 동작 또는 기능할 수 있지만, 이러한 것에 제한되는 것은 아니라는 점이 주목된다.
일부 실시예들에서, 3D IC(800)는 하나 이상의 프로세서 코어들을 갖는 프로세서 다이(801), 메모리 다이(802)(예를 들어, 다양한 실시예들을 참조하여 설명되는 바와 같이 NV-SRAM이 있는 메모리 아키텍처(800)), 전압 조절기(들) 다이(803), 프로세서 다이(801)를 패키지 기판(804)에 연결하기 위한 범프들(804)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 프로세서 다이(801)는 메모리 다이(802)를 제어하기 위한 메모리 제어기를 포함할 수 있다. 3D IC(800)는 단일 패키지에 함께 패키징되는 것으로 보이는 다이들을 더 많이 또는 더 적게 가질 수 있다. 예를 들어, 집적 안테나를 갖는 통신 다이 또한 3D IC(800)에서의 다이들 중 하나에 연결될 수 있다. 다이들의 순서는 상이한 실시예들에 대해 상이할 수 있다. 예를 들어, 전압 조절기(들)(803)은 메모리 다이(802)와 프로세서 다이(801) 사이에 끼워질 수 있다.
도 9는, 일부 실시예들에 따른, 집적형 NV 메모리를 갖는 SRAM이 있는 스마트 디바이스 또는 컴퓨터 시스템 또는 SoC(System-on-Chip)를 도시한다. 임의의 다른 도면의 엘리먼트들과 동일한 참조 번호들(또는 명칭들)을 갖는 도 9의 엘리먼트들은 설명된 것과 유사한 임의의 방식으로 동작 또는 기능할 수 있지만, 이러한 것에 제한되는 것은 아니라는 점이 주목된다.
도 9는 평평한 표면 인터페이스 커넥터들(flat surface interface connectors)이 사용될 수 있는 모바일 디바이스의 실시예의 블록도를 예시한다. 일부 실시예들에서, 컴퓨팅 디바이스(1600)는, 컴퓨팅 태블릿, 모바일 폰 또는 스마트 폰, 무선 가능 e-리더기, 또는 다른 무선 모바일 디바이스와 같은 모바일 컴퓨팅 디바이스를 나타낸다. 특정 컴포넌트들이 일반적으로 도시되며, 이러한 디바이스의 모든 컴포넌트들이 컴퓨팅 디바이스(1600)에서 도시되지는 않는다는 점이 이해될 것이다.
일부 실시예들에서, 컴퓨팅 디바이스(1600)는, 논의된 일부 실시예들에 따른, 집적형 NV 메모리를 갖는 SRAM이 있는 제1 프로세서(1610)를 포함한다. 컴퓨팅 디바이스(1600)의 다른 블록이, 일부 실시예들에 따른, 집적형 NV 메모리를 갖는 SRAM을 또한 포함할 수 있다. 본 개시내용의 다양한 실시예들은 무선 인터페이스와 같은 네트워크 인터페이스를 1670 내에 또한 포함할 수 있어, 시스템 실시예는 무선 디바이스, 예를 들어, 셀 폰 또는 개인 휴대 정보 단말에 통합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 프로세서(1610)(및/또는 프로세서(1690))는, 마이크로프로세서들, 애플리케이션 프로세서들, 마이크로컨트롤러들, 프로그래밍 가능 로직 디바이스들, 또는 다른 처리 수단들과 같은 하나 이상의 물리 디바이스들을 포함할 수 있다. 프로세서(1610)에 의해 수행되는 처리 동작들은 애플리케이션들 및/또는 디바이스 기능들이 실행되는 운영 체제 또는 운영 플랫폼의 실행을 포함한다. 처리 동작들은 인간 사용자나 다른 디바이스들과의 I/O(input/output)에 관련된 동작들, 전력 관리에 관련된 동작들, 및/또는 컴퓨팅 디바이스(1600)를 다른 디바이스에 접속하는 것에 관련된 동작들을 포함한다. 처리 동작들은 오디오 I/O 및/또는 디스플레이 I/O에 관련된 동작들을 또한 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 컴퓨팅 디바이스(1600)는, 컴퓨팅 디바이스에 오디오 기능들을 제공하는 것과 연관된 하드웨어(예를 들어, 오디오 하드웨어 및 오디오 회로들) 및 소프트웨어(예를 들어, 드라이버들, 코덱들) 컴포넌트들을 나타내는 오디오 서브시스템(1620)을 포함한다. 오디오 기능들은 스피커 및/또는 헤드폰 출력, 뿐만 아니라 마이크로폰 입력을 포함할 수 있다. 이러한 기능들을 위한 디바이스들은 컴퓨팅 디바이스(1600)에 집적되거나 또는 컴퓨팅 디바이스(1600)에 접속될 수 있다. 일 실시예에서, 사용자는, 프로세서(1610)에 의해 수신되고 처리되는 오디오 명령들을 제공하는 것에 의해 컴퓨팅 디바이스(1600)와 상호작용한다.
일부 실시예들에서, 컴퓨팅 디바이스(1600)는 디스플레이 서브시스템(1630)을 포함한다. 디스플레이 서브시스템(1630)은, 사용자가 컴퓨팅 디바이스(1600)와 상호작용하기 위한 시각적 및/또는 촉각적 디스플레이를 제공하는 하드웨어(예를 들어, 디스플레이 디바이스들) 및 소프트웨어(예를 들어, 드라이버들) 컴포넌트들을 나타낸다. 디스플레이 서브시스템(1630)은, 사용자에게 디스플레이를 제공하는데 사용되는 특정 스크린 또는 하드웨어 디바이스를 포함하는 디스플레이 인터페이스(1632)를 포함한다. 일 실시예에서, 디스플레이 인터페이스(1632)는, 프로세서(1610)와는 별도로 디스플레이에 관련된 적어도 일부 처리를 수행하는 로직을 포함한다. 일 실시예에서, 디스플레이 서브시스템(1630)은 사용자에게 출력 및 입력 양자 모두를 제공하는 터치 스크린(또는 터치 패드) 디바이스를 포함한다.
일부 실시예들에서, 컴퓨팅 디바이스(1600)는 I/O 제어기(1640)를 포함한다.
I/O 제어기(1640)는 사용자와의 상호작용에 관련된 하드웨어 디바이스들 및 소프트웨어 컴포넌트들을 나타낸다. I/O 제어기(1640)는 오디오 서브시스템(1620) 및/또는 디스플레이 서브시스템(1630)의 일부인 하드웨어를 관리하도록 동작될 수 있다. 추가적으로, I/O 제어기(1640)는, 사용자가 시스템과 상호작용할 수 있는 컴퓨팅 디바이스(1600)에 접속하는 추가적인 디바이스들에 대한 접속 포인트를 예시한다. 예를 들어, 컴퓨팅 디바이스(1600)에 부착될 수 있는 디바이스들은 마이크로폰 디바이스들, 스피커 또는 스테레오 시스템들, 비디오 시스템들 또는 다른 디스플레이 디바이스들, 키보드 또는 키패드 디바이스들, 또는 카드 리더기들 또는 다른 디바이스들과 같이 구체적인 애플리케이션들과 함께 사용하기 위한 다른 I/O 디바이스들을 포함할 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, I/O 제어기(1640)는 오디오 서브시스템(1620) 및/또는 디스플레이 서브시스템(1630)과 상호작용할 수 있다. 예를 들어, 마이크로폰 또는 다른 오디오 디바이스를 통한 입력은 컴퓨팅 디바이스(1600)의 하나 이상의 애플리케이션들 또는 기능들에 대한 입력 또는 명령들을 제공할 수 있다. 추가적으로, 오디오 출력이 디스플레이 출력 대신에 또는 이에 추가하여 제공될 수 있다. 다른 예에서, 디스플레이 서브시스템(1630)이 터치 스크린을 포함하면, 디스플레이 디바이스는 I/O 제어기(1640)에 의해 적어도 부분적으로 관리될 수 있는 입력 디바이스로서의 역할도 한다. I/O 제어기(1640)에 의해 관리되는 I/O 기능들을 제공하기 위한 추가적인 버튼들 또는 스위치들이 컴퓨팅 디바이스(1600) 상에 또한 존재할 수 있다.
일부 실시예들에서, I/O 제어기(1640)는, 가속도계들, 카메라들, 광 센서들 또는 다른 환경 센서들, 또는 컴퓨팅 디바이스(1600)에 포함될 수 있는 다른 하드웨어와 같은 디바이스들을 관리한다. 입력은 직접적인 사용자 상호작용의 일부일 수 있을 뿐만 아니라, 시스템에 환경적 입력을 제공하여 그것의 동작들(예를 들어, 노이즈에 대한 필터링, 밝기 검출에 대한 디스플레이들의 조정, 카메라에 대한 플래시의 적용, 또는 다른 특징들)에 영향을 줄 수 있다.
일부 실시예들에서, 컴퓨팅 디바이스(1600)는, 배터리 전력 사용, 배터리의 충전, 및 전력 절감 동작에 관련된 특징들을 관리하는 전력 관리(1650)를 포함한다. 메모리 서브시스템(1660)은 컴퓨팅 디바이스(1600)에 정보를 저장하기 위한 메모리 디바이스들을 포함한다. 메모리는 비휘발성(메모리 디바이스에 대한 전력이 중단되면 상태가 변경되지 않음) 및/또는 휘발성(메모리 디바이스에 대한 전력이 중단되면 상태가 불확정적임(indeterminate)) 메모리 디바이스들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 메모리 서브 시스템(1660)은 집적형 NV 메모리를 갖는 SRAM을 포함한다. 메모리 서브시스템(1660)은 애플리케이션 데이터, 사용자 데이터, 음악, 사진, 문서들, 또는 다른 데이터 뿐만 아니라, 컴퓨팅 디바이스(1600)의 애플리케이션들 및 기능들의 실행에 관련된 시스템 데이터(장기적이든지 또는 일시적이든지)를 저장할 수 있다.
실시예들의 엘리먼트들은 컴퓨터 실행가능 명령어들(예를 들어, 본 명세서에 논의된 임의의 다른 프로세스들을 구현하기 위한 명령어들)을 저장하기 위한 머신 판독가능 매체(예를 들어, 메모리(1660))로서 또한 제공된다. 머신 판독가능 매체(예를 들어, 메모리(1660))는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 플래시 메모리, 광 디스크들, CD-ROM들, DVD ROM들, RAM들, EPROM들, EEPROM들, 자기 또는 광 카드들, PCM(phase change memory), 또는 전자적 또는 컴퓨터 실행가능 명령어들을 저장하기에 적합한 다른 타입들의 머신 판독가능 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 개시내용의 실시예들은 통신 링크(예를 들어, 모뎀 또는 네트워크 접속)를 통하여 데이터 신호들에 의해 원격 컴퓨터(예를 들어, 서버)로부터 요청 컴퓨터(예를 들어, 클라이언트)로 전송될 수 있는 컴퓨터 프로그램(예를 들어, BIOS)으로서 다운로드될 수 있다.
일부 실시예들에서, 컴퓨팅 디바이스(1600)는 접속성(1670)을 포함한다.
접속성(1670)은, 컴퓨팅 디바이스(1600)가 외부 디바이스들과 통신하는 것을 가능하게 하기 위한 하드웨어 디바이스들(예를 들어, 무선 및/또는 유선 커넥터들 및 통신 하드웨어) 및 소프트웨어 컴포넌트들(예를 들어, 드라이버들, 프로토콜 스택들)을 포함한다. 컴퓨팅 디바이스(1600)는, 헤드셋들, 프린터들 또는 다른 디바이스들과 같은 주변기기들뿐만 아니라, 다른 컴퓨팅 디바이스들, 무선 액세스 포인트들 또는 기지국들과 같은 별도의 디바이스들일 수 있다.
접속성(1670)은 다수의 다양한 타입들의 접속성을 포함할 수 있다. 일반화하기 위해서, 컴퓨팅 디바이스(1600)는 셀룰러 접속성(1672) 및 무선 접속성(1674)이 있는 것으로 도시된다. 셀룰러 접속성(1672)은, GSM(global system for mobile communications) 또는 변형물들 또는 파생물들, CDMA(code division multiple access) 또는 변형물들 또는 파생물들, TDM(time division multiplexing) 또는 변형물들 또는 파생물들, 또는 다른 셀룰러 서비스 표준들을 통해 제공되는 것과 같이, 무선 캐리어들에 의해 제공되는 셀룰러 네트워크 접속성을 일반적으로 지칭한다. 무선 접속성(또는 무선 인터페이스)(1674)은 셀룰러가 아닌 무선 접속성을 지칭하며, (Bluetooth, Near Field 등과 같은) 개인 영역 네트워크들, (Wi-Fi와 같은) 로컬 영역 네트워크들, 및/또는 (WiMax와 같은) 광역 네트워크들, 또는 다른 무선 통신을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 컴퓨팅 디바이스(1600)는 주변기기 접속들(1680)을 포함한다. 주변기기 접속들(1680)은, 주변기기 접속들을 이루기 위한 하드웨어 인터페이스들과 커넥터들 뿐만 아니라 소프트웨어 컴포넌트들(예를 들어, 드라이버들, 프로토콜 스택들)을 포함한다. 컴퓨팅 디바이스(1600)는 다른 컴퓨팅 디바이스들로의 주변기기 디바이스("~로(to)"(1682))일 뿐만 아니라, 그것에 접속되는 주변기기 디바이스들("~로부터(from)"(1684)) 양자 모두일 수 있다는 점이 이해될 것이다. 컴퓨팅 디바이스(1600)는 통상적으로 컴퓨팅 디바이스(1600) 상의 콘텐츠의 관리(예를 들어, 다운로드 및/또는 업로드, 변경, 동기화)와 같은 목적들로 다른 컴퓨팅 디바이스들에 접속하기 위한 "도킹" 커넥터를 갖는다. 추가적으로, 도킹 커넥터는, 컴퓨팅 디바이스(1600)가, 예를 들어, 시청각 시스템 또는 다른 시스템들로의 콘텐츠 출력을 제어하게 하는 특정 주변기기들에 컴퓨팅 디바이스(1600)가 접속하게 할 수 있다.
사유 도킹 커넥터(proprietary docking connector) 또는 다른 사유 접속 하드웨어에 추가하여, 컴퓨팅 디바이스(1600)는 공통 또는 표준 기반 커넥터들을 통해 주변기기 접속들(1680)을 이룰 수 있다. 공통 타입들은 USB(Universal Serial Bus) 커넥터(다수의 상이한 하드웨어 인터페이스들 중 임의의 것을 포함할 수 있음), MDP(MiniDisplayPort)를 포함하는 DisplayPort, HDMI(High Definition Multimedia Interface), Firewire 또는 다른 타입들을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 "실시예(an embodiment)", "일 실시예(one embodiment)", "일부 실시예들(some embodiments)", 또는 "다른 실시예들(other embodiments)"에 대한 지칭은, 실시예들과 관련하여 설명되는 특정 특징, 구조 또는 특성이 적어도 일부 실시예들에 포함되지만, 반드시 모든 실시예들에 포함되는 것은 아니라는 점을 의미한다. "실시예", "일 실시예", 또는 "일부 실시예들"의 다양한 출현들은 반드시 모두가 동일한 실시예들을 지칭하는 것은 아니다. 컴포넌트, 특징, 구조, 또는 특성이 포함될 수 있다("may", "might" 또는 "could")고 본 명세서가 진술하면, 그 특정 컴포넌트, 특징, 구조, 또는 특성이 포함될 것이 요구되는 것은 아니다. 본 명세서 또는 청구항이 단수("a" 또는 "an") 엘리먼트를 지칭하면, 그것은 엘리먼트들 중 하나만 존재한다는 점을 의미하는 것은 아니다. 본 명세서 또는 청구항들이 "추가적인(additional)" 엘리먼트를 지칭하면, 그것은 하나보다 많은 추가적인 엘리먼트가 존재하는 것을 배제하는 것은 아니다.
또한, 특정 특징들, 구조들, 기능들, 또는 특성들이 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 예를 들어, 2개의 실시예들과 연관된 특정 특징들, 구조들, 기능들, 또는 특성들이 상호 배타적이지 않은 임의의 곳에서 제1 실시예는 제2 실시예와 조합될 수 있다.
본 개시내용은 그 구체적인 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 전술한 설명에 비추어, 관련분야에서의 통상의 기술자에게 이러한 실시예들의 많은 대안들, 수정들 및 변형들이 명백할 것이다. 예를 들어, 다른 메모리 아키텍처들, 예를 들어 DRAM(Dynamic RAM)이 논의된 실시예들을 사용할 수 있다. 본 개시내용의 실시예들은, 첨부 청구항들의 광범위한 범위 내에 있는 이러한 모든 대안들, 수정들, 및 변형들을 포괄하려고 의도된다.
추가로, IC(integrated circuit) 칩들 및 다른 컴포넌트들로의 잘 알려진 전력/접지 접속들은, 예시 및 논의의 단순성을 위해, 그리고 본 개시내용을 불명료하게 하지 않도록, 제시된 도면들 내에 도시될 수도 있고 도시되지 않을 수도 있다. 또한, 배열들은 본 개시내용을 불명료하게 하는 것을 회피하기 위해서 블록도 형태로 도시될 수 있고, 이러한 블록도 배열들의 구현과 관련한 구체사항들이 본 개시내용이 구현되어야 하는 플랫폼에 크게 종속된다(즉, 이러한 구체사항들은 본 기술분야의 통상의 기술자의 범위 내에 있어야 한다)는 사실을 또한 고려하여 블록도 형태로 도시될 수 있다. 본 개시내용의 예시적인 실시예들을 설명하기 위해서 구체적인 상세사항들(예를 들어, 회로들)이 제시되는 경우, 본 개시내용은 이러한 구체적인 상세사항들 없이 또는 이러한 그 변형과 함께 실시될 수 있다는 점이 관련분야에의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 설명은 제한적인 것 대신에 예시적인 것으로서 고려되어야 한다.
이하의 예들은 추가의 실시예들에 관한 것이다. 이러한 예들에서의 구체사항들은 하나 이상의 실시예들에서의 어디에서나 사용될 수 있다. 본 명세서에 설명되는 장치의 모든 선택적인 특징들은 방법 또는 프로세스와 관련하여 또한 구현될 수 있다.
예를 들어, 장치가 제공되며, 이는, SRAM 셀 내에 집적되는 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들이 있는 SRAM 셀; 및 SRAM 셀에 저장된 데이터를 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들에 자체 저장하는 제1 로직을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 로직은 SRAM 셀에 인가되는 전압이 임계 전압으로 감소하거나 또는 임계 전압에 가까워질 때 데이터를 자체 저장하도록 동작될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 로직은 비트 라인 및 상보형 비트 라인 상의 전압들을 접지에 방전시키는 것에 의해 데이터를 자체 저장하도록 동작될 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 장치는 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들로부터 다시 SRAM 셀에 데이터를 자체 복구하는 제2 로직을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제2 로직은 SRAM 셀에 인가되는 전압이 임계 전압으로 증가할 때 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들로부터 데이터를 자체 복구하도록 동작될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 로직은 SRAM 셀에 인가되는 전압이 전원 레벨에 가까울 때 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들로부터 데이터를 자체 복구하도록 동작될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제2 로직은 전력 투입 동안 접지 전압들을 비트 라인, 상보형 비트 라인, 및 워드 라인에 인가하도록 동작될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 장치는 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들을 재설정하도록 동작될 수 있는 제3 로직을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제3 로직은 비트 라인 및 상보형 비트 라인을 논리 하이로 설정하는 것에 의해 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들을 재설정하도록 동작될 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 2개의 NV 저항성 엘리먼트들은 직렬로 연결된다.
일부 실시예들에서, 본 장치는 적어도 2개의 NV 저항성 엘리먼트들의 공통 노드에 연결되는 소스 트랜지스터를 포함한다. 일부 실시예들에서, 본 장치는, 적어도 2개의 NV 저항성 엘리먼트들 중 하나 및 제1 액세스 디바이스에 연결되는 제1 트랜지스터; 및 적어도 2개의 NV 저항성 엘리먼트들 중 다른 하나 및 제2 액세스 디바이스에 연결되는 제2 트랜지스터를 포함한다.
일부 실시예들에서, 본 장치는, 제1 트랜지스터와 적어도 2개의 NV 저항성 엘리먼트들 중 하나의 공통 노드에 연결되는 제3 트랜지스터; 및 제2 트랜지스터와 적어도 2개의 NV 저항성 엘리먼트들 중 다른 하나의 공통 노드에 연결되는 제4 트랜지스터를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제3 트랜지스터들은 제1 제어 신호에 의해 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 및 제4 트랜지스터들은 제2 제어 신호에 의해 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 장치는 정상 메모리 동작 동안 적어도 2개의 NV 저항성 엘리먼트들을 바이패스하는 로직을 포함한다. 일부 실시예들에서, 이러한 로직은 적어도 2개의 NV 저항성 엘리먼트들 및 소스 트랜지스터를 통해 비트 라인 및 상보형 비트 라인으로부터 전류가 흐르게 한다. 일부 실시예들에서는, NV 저항성 메모리 엘리먼트들이 SRAM 셀과 집적되어, NV 저항성 메모리 엘리먼트들의 상태들이 SRAM 셀의 정상 동작 동안 보존된다.
다른 예에서는, 시스템이 제공되며, 이는, 프로세서; 프로세서에 연결되는 메모리- 메모리는 위에 설명된 장치에 따른 장치를 포함함 -; 및 프로세서가 다른 디바이스와 통신하게 하는 무선 인터페이스를 포함한다.
다른 실시예에서, 방법이 제공되며, 이는, SRAM 셀에 인가되는 전압이 임계 전압으로 감소할 때, SRAM 셀의 전압 상태들을 적어도 2개의 NV(non-volatile) 저항성 메모리 엘리먼트들에 저장하는 자체 저장 동작을 수행하는 단계- 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들은 SRAM 셀과 집적됨 -; 및 SRAM 셀에 인가되는 전압이 임계 전압으로 증가할 때, 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들로부터 SRAM 셀의 저장 노드들에 데이터를 복사하는 것에 의해, 자체 복구 동작을 수행하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 자체 저장 동작을 수행하는 단계는 SRAM 셀과 연관된 비트 라인 및 상보형 비트 라인을 접지로 설정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들 상에 재설정 동작을 수행하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 재설정 동작을 수행하는 단계는 비트 라인 및 상보형 비트 라인을 논리 하이로 설정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서는, NV 저항성 메모리 엘리먼트들이 SRAM 셀과 집적되어, NV 저항성 메모리 엘리먼트들의 상태들이 SRAM 셀의 정상 동작 동안 보존된다.
다른 예에서는, 장치가 제공되며, 이는, SRAM 셀에 인가되는 전압이 임계 전압으로 감소할 때, SRAM 셀의 전압 상태들을 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들에 저장하는 자체 저장 동작을 수행하는 수단- 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들은 SRAM 셀과 집적됨 -; 및 SRAM 셀에 인가되는 전압이 임계 전압으로 증가할 때, 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들로부터 SRAM 셀의 저장 노드들에 데이터를 복사하는 것에 의해, 자체 복구 동작을 수행하는 수단을 포함한다.
일부 실시예들에서, 자체 저장 동작을 수행하는 수단은 SRAM 셀과 연관된 비트 라인 및 상보형 비트 라인을 접지로 설정하는 수단을 포함한다. 일부 실시예들에서, 본 장치는 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들 상에 재설정 동작을 수행하는 수단을 포함한다. 일부 실시예들에서, 재설정 동작을 수행하는 수단은 비트 라인 및 상보형 비트 라인을 논리 하이로 설정하는 수단을 포함한다. 일부 실시예들에서는, NV 저항성 메모리 엘리먼트들이 SRAM 셀과 집적되어, NV 저항성 메모리 엘리먼트들의 상태들이 SRAM 셀의 정상 동작 동안 보존된다.
다른 예에서는, 시스템이 제공되며, 이는, 프로세서; 프로세서에 연결되는 메모리- 메모리는 위에 설명된 장치에 따른 장치를 포함함 -; 및 프로세서가 다른 디바이스와 통신하게 하는 무선 인터페이스를 포함한다.
독자가 본 기술적 개시내용의 속성 및 요점을 알아내게 하는 요약서가 제공된다. 이러한 요약서는 그것이 청구항들의 범위나 의미를 제한하는데 사용되지 않을 것이라는 이해와 함께 제출된다. 이하의 청구항들은 이로써 상세한 설명에 통합되며, 각각의 청구항은 별개의 실시예로서 자립한다.

Claims (25)

  1. 장치로서,
    SRAM 셀 내에 집적되는 적어도 2개의 NV(non-volatile) 저항성 메모리 엘리먼트들이 있는 SRAM(Static Random Access Memory) 셀; 및
    상기 SRAM 셀에 저장된 데이터를 상기 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들에 자체 저장(self-store)하는 제1 로직
    을 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 로직은 상기 SRAM 셀에 인가되는 전압이 임계 전압으로 감소하거나 또는 상기 임계 전압에 가까워질 때 상기 데이터를 자체 저장하도록 동작될 수 있는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 로직은 비트 라인 및 상보형 비트 라인(complementary bit-line) 상의 전압들을 접지에 방전시키는 것에 의해 상기 데이터를 자체 저장하도록 동작될 수 있는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들로부터 다시 상기 SRAM 셀에 데이터를 자체 복구(self-restore)하는 제2 로직을 포함하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 로직은 상기 SRAM 셀에 인가되는 전압이 임계 전압으로 증가할 때 상기 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들로부터 데이터를 자체 복구하도록 동작될 수 있는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 로직은 상기 SRAM 셀에 인가되는 전압이 전원 레벨에 가까울 때 상기 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트로부터 데이터를 자체 복구하도록 동작될 수 있는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 로직은 전력 투입(power-up) 동안 접지 전압들을 비트 라인, 상보형 비트 라인, 및 워드 라인에 인가하도록 동작될 수 있는 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들을 재설정하도록 동작될 수 있는 제3 로직을 포함하는 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 로직은 비트 라인 및 상보형 비트 라인을 논리 하이(logic high)로 설정하는 것에 의해 상기 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들을 재설정하도록 동작될 수 있는 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 NV 저항성 엘리먼트들은 직렬로 연결되는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 NV 저항성 엘리먼트들의 공통 노드에 연결되는 소스 트랜지스터를 포함하는 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 NV 저항성 엘리먼트들 중 하나 및 제1 액세스 디바이스에 연결되는 제1 트랜지스터; 및
    상기 적어도 2개의 NV 저항성 엘리먼트들 중 다른 하나 및 제2 액세스 디바이스에 연결되는 제2 트랜지스터
    를 포함하는 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터와 상기 적어도 2개의 NV 저항성 엘리먼트들 중 하나의 공통 노드에 연결되는 제3 트랜지스터; 및
    상기 제2 트랜지스터와 상기 적어도 2개의 NV 저항성 엘리먼트들 중 다른 하나의 공통 노드에 연결되는 제4 트랜지스터
    를 포함하는 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 트랜지스터들은 제1 제어 신호에 의해 제어될 수 있는 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 및 제4 트랜지스터들은 제2 제어 신호에 의해 제어될 수 있는 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    정상 메모리 동작 동안 상기 적어도 2개의 NV 저항성 엘리먼트들을 바이패스하는 로직을 포함하는 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 로직은 상기 적어도 2개의 NV 저항성 엘리먼트들 및 상기 소스 트랜지스터를 통해 비트 라인 및 상보형 비트 라인으로부터 전류가 흐르게 하는 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 NV 저항성 메모리 엘리먼트들은 상기 SRAM 셀과 집적되어, 상기 SRAM 셀의 정상 동작 중에 상기 NV 저항성 메모리 엘리먼트들의 상태가 보존되게 하는 장치.
  19. 시스템으로서,
    프로세서;
    상기 프로세서에 연결되는 메모리- 상기 메모리는 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함함 -; 및
    상기 프로세서가 다른 디바이스와 통신하게 하는 무선 인터페이스
    를 포함하는 시스템.
  20. 방법으로서,
    SRAM(Static Random Access Memory) 셀에 인가되는 전압이 임계 전압으로 감소할 때, 상기 SRAM 셀의 전압 상태들을 적어도 2개의 NV(non-volatile) 저항성 메모리 엘리먼트들에 저장하는 자체 저장 동작을 수행하는 단계- 상기 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들은 상기 SRAM 셀과 집적됨 -; 및
    상기 SRAM 셀에 인가되는 전압이 상기 임계 전압으로 증가할 때, 상기 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들로부터 상기 SRAM 셀의 저장 노드들에 데이터를 복사하는 것에 의해, 자체 복구 동작을 수행하는 단계
    를 포함하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 자체 저장 동작을 수행하는 단계는 상기 SRAM 셀과 연관된 비트 라인 및 상보형 비트 라인을 접지로 설정하는 단계를 포함하는 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들에 대해 재설정 동작을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 재설정 동작을 수행하는 단계는 비트 라인 및 상보형 비트 라인을 논리 하이로 설정하는 단계를 포함하는 방법.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 NV 저항성 메모리 엘리먼트들은 상기 SRAM 셀과 집적되어, 상기 SRAM 셀의 정상 동작 중에 상기 NV 저항성 메모리 엘리먼트들의 상태가 보존되게 하는 방법.
  25. 장치로서,
    SRAM(Static Random Access Memory) 셀에 인가되는 전압이 임계 전압으로 감소할 때, 상기 SRAM 셀의 전압 상태들을 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들에 저장하는 자체 저장 동작을 수행하는 수단- 상기 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들은 상기 SRAM 셀과 집적됨 -; 및
    상기 SRAM 셀에 인가되는 전압이 상기 임계 전압으로 증가할 때, 상기 적어도 2개의 NV 저항성 메모리 엘리먼트들로부터 상기 SRAM 셀의 저장 노드들에 데이터를 복사하는 것에 의해, 자체 복구 동작을 수행하는 수단
    을 포함하는 장치.
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8269203B2 (en) 2009-07-02 2012-09-18 Actel Corporation Resistive RAM devices for programmable logic devices
US11003238B2 (en) * 2017-04-03 2021-05-11 Nvidia Corporation Clock gating coupled memory retention circuit
US10559356B2 (en) * 2017-06-14 2020-02-11 Nxp Usa, Inc. Memory circuit having concurrent writes and method therefor
US10522224B2 (en) * 2017-08-11 2019-12-31 Microsemi Soc Corp. Circuitry and methods for programming resistive random access memory devices
TWI668563B (zh) * 2018-01-17 2019-08-11 神雲科技股份有限公司 資料儲存決定裝置
CN110196678B (zh) * 2018-02-23 2022-09-30 环达电脑(上海)有限公司 资料储存决定装置
US10950296B2 (en) 2018-07-16 2021-03-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Latch circuit formed from bit cell
CN110415747B (zh) * 2019-07-12 2021-06-18 北京新忆科技有限公司 非挥发性存储内存及其存储单元
EP3826017B1 (en) 2019-11-22 2024-01-24 Imec VZW Non-volatile sram device
US11545218B2 (en) 2019-12-31 2023-01-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Nonvolatile SRAM
US10950298B1 (en) * 2020-01-17 2021-03-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Mixed threshold voltage memory array
WO2022095007A1 (en) * 2020-11-09 2022-05-12 Yangtze Advanced Memory Industrial Innovation Center Co., Ltd Memory devices having memory cells with multiple threshold voltages and methods for forming and operating the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040105301A1 (en) * 2002-06-05 2004-06-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Non-volatile memory circuit, a method for driving the same, and a semiconductor device using the memory circuit
JP2006146983A (ja) * 2004-11-16 2006-06-08 Kanazawa Univ 不揮発性メモリ
US20090219746A1 (en) * 2006-04-13 2009-09-03 Austriamicrosytems Ag Circuit Arrangement Comprising a Non-Volatile Memory Cell and Method
US7760538B1 (en) * 2008-03-04 2010-07-20 Xilinx, Inc. Non-volatile SRAM cell
US20110216573A1 (en) * 2010-03-05 2011-09-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor integrated circuit

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69911014T2 (de) * 1998-06-05 2004-07-08 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Strahlengeschützter 6-transistorenspeicher mit wahlfreiem zugriff und speicherbauelement
US6556487B1 (en) * 2000-09-20 2003-04-29 Cypress Semiconductor Corp. Non-volatile static memory cell
TWI282092B (en) 2002-06-28 2007-06-01 Brilliance Semiconductor Inc Nonvolatile static random access memory cell
US6980459B2 (en) 2002-10-24 2005-12-27 Texas Instruments Incorporated Non-volatile SRAM
US7483290B2 (en) * 2007-02-02 2009-01-27 Nscore Inc. Nonvolatile memory utilizing hot-carrier effect with data reversal function
CN101821810B (zh) 2007-08-31 2013-05-01 国立大学法人东京工业大学 利用电流感应磁化反转mtj的非易失性sram/锁存电路
US7791941B2 (en) 2007-10-26 2010-09-07 Micron Technology, Inc. Non-volatile SRAM cell
US8018768B2 (en) * 2009-08-18 2011-09-13 United Microelectronics Corp. Non-volatile static random access memory (NVSRAM) device
US8605490B2 (en) 2009-10-12 2013-12-10 Micron Technology, Inc. Non-volatile SRAM cell that incorporates phase-change memory into a CMOS process
CN102394107B (zh) * 2011-10-27 2014-08-27 上海新储集成电路有限公司 一种位级非易失性静态随机存取存储器及其实现方法
BR112014013606B1 (pt) * 2011-12-28 2021-11-03 Intel Corporation Método, dispositivo e sistema para distribuir armazenamentos de dados entre memória volátil e memória não volátil
US9418700B2 (en) * 2012-06-29 2016-08-16 Intel Corporation Bad block management mechanism
US8964470B2 (en) * 2012-09-25 2015-02-24 Aplus Flash Technology, Inc. Method and architecture for improving defect detectability, coupling area, and flexibility of NVSRAM cells and arrays

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040105301A1 (en) * 2002-06-05 2004-06-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Non-volatile memory circuit, a method for driving the same, and a semiconductor device using the memory circuit
JP2006146983A (ja) * 2004-11-16 2006-06-08 Kanazawa Univ 不揮発性メモリ
US20090219746A1 (en) * 2006-04-13 2009-09-03 Austriamicrosytems Ag Circuit Arrangement Comprising a Non-Volatile Memory Cell and Method
US7760538B1 (en) * 2008-03-04 2010-07-20 Xilinx, Inc. Non-volatile SRAM cell
US20110216573A1 (en) * 2010-03-05 2011-09-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor integrated circuit

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