TW504692B - Method and architecture for DRAM defect management and status display - Google Patents

Description

504692 五、發明說明（l) 本發明係有關一種動態隨機存取記憶體之缺陷修護及 狀態顯示之方法與架構，尤指一種將動態隨機存取記憶體 (DRAM)内不良且失效的記憶頁（mem〇ry page)重新對映 (redirect)至預定的備份記憶體，並顯示記憶體使用狀況 之各種訊息’使記憶體在有缺陷的情形下仍能順利運作之 設計。 技術背景說明： 按，過去25年，動態隨機存取記憶體（以下簡稱為 DRAM)儲存容量的需求已經增加了 106倍，這是由於一電晶 艘一電容器儲存格的導論、溝渠電容器及成疊電容器的縮 放比例及導論，以及電晶體的縮放比例各項技術之應用， 已經大幅縮小DRAM儲存格的大小，允許每一晶片擁有更高 的儲存格密度。但不幸的是，伴隨著密度的增加，前述最 小化特徵的製程費用（processing costs)也跟著急速上 升。另一個高密度DRAM的缺點係因當密度不斷增加，即使 是DRAM良品，使用時卻容易發生電子穿鑿現象，因而加速 其衰減率，且因此降低儲存其中的資料完整性，這是要求 維持資料高層次完整性的高階伺服器記憶體的主要致命 點。 就DRAM的穩定度而言，其產品生命週期（life CyCie) 如圖一所示之澡缸曲線（bathtub cUrve),概分為初期不 穩定期（infant mortailty)、穩定使用期（usefui Hfe) 及產品老化期（wearout)三個階段α在初期不穩定期中，

第5頁 504692 五、發明說明（2) 因DRAM經過在晶圓（wafer)切割、測試、封裝形成，在為 避免因製程所產生的缺陷（例如雜質沉積等），使⑽Μ無法 正常的存取’必須要經過各種不同的測試及修復（如雷射 或電容等)，以期獲得可使用之良品，這些及不修可復』= 試與修復之費用佔生產成本極高之比率，而無法將成本壓 低取得更佳的競爭力。

經過前述步騍後所得到的良品，雖可正常的運作但仍 具極不穩定性，因此DRAM製造商通常會在初期不穩定期中 再進行老化測試（burn-in)，利用高溫及高壓之環境，將 DRAM提早進入穩定使用期，使消費者所購買到的⑽龍均具 有良好的工作穩定度。使用者在使用一段時間後，因DRAM 本身的材料及工作環境所施予的電壓與溫度影饗下逐漸老 化進入產品老化期，在此階段中DRAM工作之不穩定度提 南’容易造成系統時常當機、執行不穩定，在現階段而 言’當使用者發現系統前述現象時，多採用換新的方式措 施，故DRAM遂結束其產品生命❹

但事實上，由於DRAM係切割成複數個記憶頁（page)之 基本儲存單位，即DRAM的老化現象係因記憶頁老化造成資 料無法正常存取所致，目前系統多採用錯誤修正碼 EcC(error correction code)來檢測資料存取錯誤並修正 之。錯誤修正碼.ECC基本上是偵測n bi t、修正m bi t資 料；m 〇舉例來說：匯流排為64位元的DRAJ| ,可以利用 8值元錯誤修正碼ECC，即每8位元資料錯誤修正碼ECC去偵 測錯誤並修正，但資料位元附加了 8個位元的錯誤修正

第6頁 504692 五、發明說明（3) 碼’但拉長了資料8位元長度將使記憶體成本增加1/8，因 此對廠商而言，為達到偵測、修正目的及成本考量，錯誤 修正碼ECC多採8位元長度較為適當，如此卻也因此限定了 錯誤修正碼ECC係2位元偵測（detection)、1位元修正 (correction)，一旦單一位元錯誤轉變為雙位元錯誤，將 形成無法修復之硬體錯誤（hard error) ° 為防止單一位元錯誤轉變為雙位元錯誤，目前錯誤修 正’ECC對資料偵測時，系統正常運作將暫時停止並執行 一特殊程式，去檢驗資料是否存在錯誤，當發現單一位元 錯誤時立即予以修復，但發生單一位元錯誤即意味著該 DRAM運作不穩定，而使系統的執行呈現出不穩定狀態，且 發生錯誤之位址雖經修復卻難保下一次不會再發生，並可 能因不穩定而轉變為雙位元錯誤，導致DRAM無法運作而將 必須換裝❶由於錯誤修正碼ECC之運作完全是由硬體執 行’使用者完全無法得知DRAM之運作狀態，在此種情況 下’系統必須要時常關機、換裝再重新啟動，但在大多數 的工作環境中系統是不允許被關機，尤其是大企業的内部 網路伺服器，一旦關機勢必造成内部工作的停擺，增加停 工時間的成本花費及伺服器記憶體之維護費用c 緣此，本發明之主要目的即是提供一種動態隨機存取 記憶體之缺陷修護及狀態顯示之方法與架構，主要係透過 一監督程式定時啟動測試，在前述DRAM的三個週期中提供 即時的測試與記憶頁的修復，使DRAM製造商不需要再於# 期不穩定期作任何的測試即能出廠販售，以節省測試及修

第7頁 504692 五、發明說明（4) 復之成本費用，且dram在系統使用中不會因其中一個記憶 頁不正常工作而當機，能延長DRAM的產品使用週期，特別 是不能關機與發生差錯之伺服器系統能維持正常存取運 作’減少DRAM更換次數、系統之關機頻率及高度的資料完 整性者❹ 依據前述，本發明係於DRAM中預定複數個備份記憶頁 作為記憶頁測試時内存資料之暫存處，將被測試記憶頁内 存資料複製至此預定的備份記憶頁中，再建立一對應緩衝 表（TLB)用以指出被測試記憶頁與預定的備份記憶頁之相 對映位置，透過對應緩衝表，被測試的記憶頁重配置至預 定的備份記憶頁，同時監督程式亦暫時凍結（bl0Ck)被測 試頁之存取動作；當測試發現有缺陷之記憶頁，監督程式 將持續凍結該被測試記憶頁，且任何存取至該記憶頁的動 作均將依據對應缓衝表而改變至預定的備份記憶頁，使資 料的存取動作均被指定至備份記憶頁，而使DRAM不論有無 缺陷發生均能正常動作及高度的資料完整性c 本發明之另一目的即是透過CPU驅動一LCD，將諸如測 試頻率、完整報告、發現錯誤、記憶體利用總和及實際記 憶艎大小等訊息顯示出，使用者能隨時掌握及觀測DRAM之 使用狀態。 本發明之另▲一目的即是在資料複製至備份記憶頁時， 透過監督程式進行錯誤修正碼檢驗程序，若發生單一 位元或雙位元錯誤時，該檢驗程序將記錄該記憶頁是否為 不穩定或是不可修複，並日後加強檢驗以避免單一位元轉

第8頁 504692 五、發明說明（5) 變為雙位元錯誤。 以下將對本發明之結構設計與技術原理，作一詳細之 說明’並參閲附呈之圖式，將對本發明之特徵作更進一步 之瞭解： 如圖二所示，本發明可藉由硬體或是軟體技術手段實 現，該動態隨機存取記憶艎DRAM10架構包括有： 一監督程式20，係經常性地檢查儲存在DRAM内資料的 完整性； 一計時器30，係提供測試週期之頻率至監督程式； 一顯示元件40(於本實施例係採用LCD液晶顯示元件、 或是直接透過監視器顯示），用以顯示有關DRAM10的各項 訊息。 Φ 如圖三所示之流程步驟，在每一個週期開始後，監督 程式20將先預定一備份的記憶頁以作為被測試記憶頁〗丨資 料之暫存位址（因DRAM10係以記憶頁元單位循序儲存，因 此通常是DRAM10的最後一個記憶頁），將被測試記憶fll 内存資料複製（copy )至預定的備份記憶頁12中，並建立一 對應緩衝表（Table of Look-Aside Buffer, TLB)用以指 出被測試記憶頁11與預定的備份記憶頁12之相對映位置， 透過對應缓衝表，被測試的記憶頁11重配置（rel〇eate)至 備份記憶頁12 \所以不會影響系統原有的存取運作，同時 監督程式20亦暫時凍結（block)被測試記憶頁，開始進行 該記憶頁的測試。 在本實施例中，監督程式20係一頁一頁地逐頁檢查；

第9頁 504692 五、發明說明（6) 當沒有發現錯誤，該頁資料將自預定的備份記憶頁丨2回存 至被測試記憶頁11，並且重新開放其存取動作，及繼續下 一個記憶頁的測試。 而前述之記憶頁檢查，在本發明中可採用下述方式： 1. 不包含錯誤修正碼ECC(error correction code)檢 查方法：主要是透過正常的硬體測試（hardware test)， 對記憶頁的寫入然後讀出之連續動作動作，去測試是否可 以正常的存取，倘若不行則表是該記憶頁發生錯誤。 2. 包含錯誤修正碼ECC檢查方法： 監督程式將資料複製至備份記憶頁時將同時進行錯誤修正 碼ECC檢驗程序，若發生單一位元錯誤時，該檢驗程序將 記錄該記憶頁是否為不穩定或是不可修複並加強檢驗；如 果再度發生則將凍結該發生錯誤之記憶頁，以避免單一位 元轉變為雙位元錯誤，且任何存取至該記憶頁的動作均將 依據對應緩衝表雨改變至預定的備份記憶頁，維持正常的 存取運作。 當發現DRAM10被測試記憶頁11内存在有缺陷（如前述 電子鑿穿等情況）、或發生錯誤時，監督程式2〇將持讀凍 結該被測試記憶頁11，且任何存取至該記憶頁1丨的動作均 將依據對應緩衝表而改變至預定的備份記憶頁12，因此原 來的備份記憶頁12將持續被佔用，為進行下一記憶頁的測 試，監督程式2 0必須再預定另一個備份記憶頁12以便下一 個被測試記憶頁暫存資料《同時騍動顯示元件4〇 (LCD)將 諸如測試頻率、完整報告、發現錯誤（如·· ECC錯誤次數、

第10頁 504692 五、發明說明（7) 可修復數、不可修復數）、記憶體利用總和及實際記憶體 大小等訊息顯示出，以使使用者即時掌握DRAM10的使用狀 況0 另外，顯示元件40(LCD)的顯示内容將保持原狀直到 下一個測試週期開始。 綜合上述可歸納下列步驟： a·預定一備份記憶頁12以作為被測試頁資料11之暫存 位址； b·每一個測試週期開始後，被測試記憶頁11内存資料 複製至前述之備份記憶頁12 ; c·建立一對應緩衝表用以指出被測試記憶頁丨丨與預定 的備份記憶頁1 2之相對映位置；並透過對應緩衝表將被測 試記憶頁11重配置至預定的備份記憶頁1 2，使存取動作改 變至被備份記憶頁； d.開始測試； e·若沒有發現錯誤，將備份記憶頁12内存資料回存至 被測試記憶頁11，並且重新開放其存取動作，及繼續下一 個記憶頁的測試；

f·若發現有錯誤，監督程式20將持續凍結該被測試記 憶頁11，且任何存取至該記憶頁的動作均將依據對應緩^ 表而改變至預定的備份記憶頁，以維持正常的存取運作； g·將測試結果或DRAM使用狀態透遢顯示元件顯示出。’ 是以綜上所述，本發明具有下列優勢： 1 · DRAM製造商在完成封裝後，不需要經過任何的測

第11頁 504692

試，而測試的過程完全在使用者的系統進行，一 e生 維持系統的正常運作，無需再做無謂的測 试、修復成本花費。 上2·在伺服器不能關機與發生差錯的前題下本發明的 =試與功能維持，能使DRAM的運作維持正常且透過LCD 顯:維護者能充份掌握卯0的運作狀態，將使停工時間成 本花費及伺服器記憶體維護費用降至最低。 3·錯誤修正碼ECC檢查時 到系統的執行效率 CPU仍正常運作，不會影響

綜上所述，本發明所提供之動態隨機存取記憶體之缺 陷修護及狀態顯示之方法與架構，透過監督程式即時對損 壞的記憶頁進行凍結及即時修補，同時透過顯示元件將 =AM之使用狀態顯示出，使使用者隨時掌握DRAM之使用狀 L ,不因錯誤而能維持正常存取及高度的資料完整性·，對 於傳統記憶體缺陷需更換整個記憶體模組之缺失提出有效 之解決辦法及對策，確實已符合專利之申請要件，懇請 鈞局詳加審查，並惠賜准予專利，以嘉惠民生利國利民， 實感德便。 唯以上所敘述之技術、圏說、程式或控制等方法，僅 ，係本發明較佳實施例之一而已；舉凡依本發明申請專利 t圍之技術所作t之均等變化或修飾或擷取部分功能之雷同 製作，皆應仍屬本發明專利權所涵蓋之範圍；當不能依 限定本發明實施之範圍c

504692 圖式簡單說明 圖式說明： 圖一係為DRAM之澡缸曲線圖； 圖二係為本發明之記憶體模組架構示意圖； 圖三係為本發明之運作步驟流程圖β 圖號說明：

10 DRAM 11被測試記憶頁 12備份記憶頁 20 監督程式 3 0計時器 40 顯示元件

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Claims (1)

1. 刈4692

   一種動態隨機存取記憶體之功能維持及顯示方法，主要 =由一監督程式經常性地偵測動態隨機存取記憶體（dram) 之各個記憶頁内存資料完整性的運作狀態，並 復維持正常運作，包括有下列步驟： a•預定一備份的記憶頁以作為測試頁資料之暫存位址； 至 ^每一個測試週期開始後，被測試記憶頁内存資料複製 前述之備份記憶頁； c·建立一對應缓衝表用以指出被測試記憶頁與預定的備份 記憶頁之相對映位置；並透過對應緩衝表將被測試的記憶 頁重配置至預定的記憶頁，使存取動作改變至被備份記俾# 頁； " I若測試無誤，將備份記憶頁内存資料回存至被測試記憶 頁’並且重新開放其存取動作，及繼續下一個記憶頁的測 試； ^ e.若測試發現有錯誤，監督程式將持續凍結該被測試記憶 頁，且任何存取至該被測試記憶頁的動作均將依據對應緩 衝表而改變至預定的備份記憶頁； f ·顯示元件顯示測試結果❹

   2·如申請專利範圍第1項所逑之動態隨機存取記憶體之功 能維持及顯示方法，其中該監督輕式測試記憶頁係一頁監 督程式係一頁一.頁地逐頁檢查β 3·如申請專利範圍第1項所述之動態隨機存取記憶體之功 能維持及顯示方法，其中該監督程式之測試週期係由一計 時器所供應。 Ι^ΒΠΒΒ 第14頁 504692 六、申請專利範圍 4·如申請專利範圍第1項所述之動態隨機存取記憶體之功 能維持及顯示方法，其中顯示元件係為液晶顯示元件 (LCD)、監視器等。 5·如申請專利範圍第1項所述之動態隨機存取記憶體之功 能維持及顯示方法，其中該步驟f顯示之結果包括：測試 頻率、完整報告、發現錯誤、記憶體利用總和及實際記憶 體大小等訊息，以使使用者即時掌握DRAM的使用狀況《

   L如申請專利範圍第1項所述之動態隨機存取記憶體之功 能維持及顯示方法，其中該顯示元件之顯示内容係保持原 狀直到下一個測試週期開始。 7.如申請專利範圍第1項所述之動態隨機存取記憶體之功 能維持及顯示方法，其中該步驟e中被測試記憶頁係被持 1佔用’下一個記憶頁測試時，監督程式再預定另一個備 份的記憶頁以便被測試記憶頁繼續暫存資料，同時對應緩 衝表並記錄發現缺陷之記憶頁，及下一個被測試記憶頁與 預定記憶頁之對映關係β

   8·如申請專利範圍第1項所述之動態隨機存取記憶體之功 能維持及顯示方法，其中該記憶頁檢查更包括有不包含錯 誤修JE碼檢查方法，係透過正常的硬體測試，對記憶頁的 寫入然後讀出之連續動作動作，去測試是否可以正常的存 取，倘若不行則.表是該記憶頁發生錯誤。 9.如申請專利範圍第丨項所述之動態隨機存取記憶體之功 能維持及顯示方法，其中該記憶頁檢查更包括有包含錯誤 修正碼檢查方法係於前述監督程式將資料複製至備份記憶

   第15頁 504692 六、申請專利範面 頁時同時進行，若發生單一位元錯誤時，將記錄該記億頁 為不穩定並予以修復及加強檢驗；若相同的錯誤再發 錯誤；若錯誤消失避免單一位元轉變為雙位元 〜執行第1項所述之步驟d。

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