對具有有限耐寫性的高速緩存的集間損耗矯平的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開一般涉及存儲器和高速緩存。更具體地，本公開涉及對具有有限耐寫性的高速緩存的集間損耗矯平。
【背景技術】
[0002]對于可被用于無線通信或其他應用的高速數(shù)字電子器件，使用了非易失性存儲器。然而，非易失性存儲器(諸如電阻性隨機存取存儲器(ReRAM)和相變隨機存取存儲器(PCRAM))具有有限的耐寫性。耐寫性可以被定義為在存儲介質變得不可靠之前可被施加于存儲器塊的程序/循環(huán)的數(shù)目，并且一般是通過估計該存儲器被用得多頻繁以及多徹底來計算的。換句話說，耐寫性衡量某個類型的存儲介質的服務壽命。
[0003]損耗矯平是用以延長存儲介質的耐寫性(例如，服務壽命)的技術，并且是高速緩存設計的一部分。一種損耗矯平辦法安排數(shù)據(jù)以使得重寫被均勻地跨整個存儲介質分布。以這種方式，不會有單個塊由于寫循環(huán)的高度集中而發(fā)生故障。其他損耗矯平的辦法可以包括每次寫發(fā)生時就動態(tài)更新映射，該映射隨后將被寫塊鏈接到新塊。另一個辦法靜態(tài)地保持這些塊相同而不替換它們，但是周期性地輪轉這些塊從而使得這些塊可以被其他數(shù)據(jù)使用。
[0004]對非易失性存儲器(例如，其也可被用在計算機的主存儲器中)的損耗矯平是公知的并且已經(jīng)得到很好的探索。但是，當對片上高速緩存使用損耗矯平時，通常對非易失性存儲器采用的傳統(tǒng)損耗矯平辦法顯現(xiàn)出太多的性能開銷。因此，高性能開銷抑制了損耗矯平技術對具有有限耐寫性的高速緩存的有效性。
[0005]概述
[0006]根據(jù)本公開的一方面，描述了用以對高速緩存存儲器進行集間損耗矯平的高速緩存控制器。該高速緩存控制器包括第一寄存器，該第一寄存器在對該高速緩存存儲器的高速緩存集的每一次存儲器位置交換操作之后更新，并且每N-1次存儲器位置交換操作就復位。N是該高速緩存存儲器中的高速緩存集的數(shù)目。該高速緩存控制器進一步包括第二寄存器，該第二寄存器在對該高速緩存存儲器的高速緩存集的每N-1次存儲器位置交換操作之后更新，并且每(N2-N)次存儲器位置交換操作就復位。第一和第二寄存器可跟蹤這些高速緩存集的邏輯位置和物理位置之間的關系。
[0007]根據(jù)本公開的另一個方面，描述了一種用于對高速緩存存儲器進行集間損耗矯平的方法。該方法包括通過在對該高速緩存存儲器的存儲器寫操作的次數(shù)達到閾值時對高速緩存集執(zhí)行存儲器位置交換操作來動態(tài)地輪轉該高速緩存存儲器的這些高速緩存集。每個交換操作可以包括僅清除來自經(jīng)交換高速緩存集的內容，而保持其他高速緩存集的存儲器內容完好。該方法還包括跟蹤這些經(jīng)交換高速緩存集以將邏輯高速緩存集號轉換成物理高速緩存集號。
[0008]根據(jù)本公開的進一步方面，描述了用以對高速緩存存儲器進行集間損耗矯平的高速緩存控制器。該高速緩存控制器包括用于通過在對高速緩存存儲器的存儲器寫操作的次數(shù)達到閾值時對高速緩存集執(zhí)行存儲器位置交換操作來動態(tài)地輪轉該高速緩存存儲器的高速緩存集的裝置。每個交換操作可以包括僅清除來自經(jīng)交換高速緩存集的內容，而保持其他高速緩存集的存儲器內容完好。該高速緩存控制器進一步包括用于跟蹤這些經(jīng)交換高速緩存集以將邏輯高速緩存集號轉換成物理高速緩存集號的裝置。
[0009]根據(jù)本公開的另一個方面，描述了一種用于對高速緩存存儲器進行集間損耗矯平的方法。該方法包括通過在對該高速緩存存儲器的存儲器寫操作的次數(shù)達到閾值時對高速緩存集執(zhí)行存儲器位置交換操作來動態(tài)地輪轉該高速緩存存儲器的高速緩存集的步驟。每個交換操作可以包括僅清除來自經(jīng)交換高速緩存集的內容，而保持其他高速緩存集的存儲器內容完好。該方法還包括跟蹤這些經(jīng)交換高速緩存集以將邏輯高速緩存集號轉換成物理高速緩存集號的步驟。
[0010]這已較寬泛地勾勒出本公開的特征和技術優(yōu)勢以便下面的詳細描述可以被更好地理解。本公開的其他特征和優(yōu)點將在下文描述。本領域技術人員應該領會，本公開可容易地被用作修改或設計用于實施與本公開相同的目的的其他結構的基礎。本領域技術人員還應認識到，這樣的等效構造并不脫離所附權利要求中所闡述的本公開的教導。被認為是本公開的特性的新穎特征在其組織和操作方法兩方面連同進一步的目的和優(yōu)點在結合附圖來考慮以下描述時將被更好地理解。然而，要清楚理解的是，提供每一幅附圖均僅用于解說和描述目的，且無意作為對本公開的限定的定義。
[0011]附圖簡述
[0012]為了更全面地理解本公開，現(xiàn)在結合附圖參閱以下描述。
[0013]圖1是根據(jù)本公開的一方面的示例高速緩存存儲器的示圖，該示例高速緩存存儲器包括用于該高速緩存存儲器的損耗矯平的高速緩存控制器。
[0014]圖2是示出根據(jù)本公開的一方面的用于損耗矯平的示例輪轉的示圖。
[0015]圖3是示出根據(jù)本公開的一方面的損耗矯平的操作的邏輯流程圖。
[0016]圖4是示出根據(jù)本公開的一方面的損耗矯平的操作的邏輯流程圖。
[0017]圖5是解說根據(jù)本公開的一方面的用于損耗矯平的方法的過程流程圖。
[0018]圖6是解說根據(jù)本公開的一方面的用于損耗矯平的方法的過程流程圖。
[0019]圖7是示出其中可有利地采用本公開的配置的示例性無線通信系統(tǒng)的框圖。
[0020]圖8是解說根據(jù)一種配置的用于半導體組件的電路、布局、以及邏輯設計的設計工作站的框圖。
[0021]詳細描述
[0022]以下結合附圖闡述的詳細描述旨在作為各種配置的描述，而無意表示可實踐本文中所描述的概念的僅有的配置。本詳細描述包括具體細節(jié)以便提供對各種概念的透徹理解。然而，對于本領域技術人員將顯而易見的是，沒有這些具體細節(jié)也可實踐這些概念。在一些實例中，以框圖形式示出眾所周知的結構和組件以避免煙沒此類概念。如本文所述的，術語“和/或”的使用旨在代表“可兼性或”，而術語“或”的使用旨在代表“排他性或”。
[0023]存儲器(諸如靜態(tài)隨機存取(SRAM)和嵌入式動態(tài)RAM(eDRAM))通常被用于現(xiàn)代微處理器中的片上高速緩存設計?，F(xiàn)代的計算機和設備還規(guī)定更大的片上高速緩存，但是傳統(tǒng)SRAM或eDRAM高速緩存的可伸縮性正日益受技術局限性(諸如，泄漏功率和單元密度)所束縛。近來，新的非易失性存儲器(NVM)技術(諸如舉例而言，相變隨機存取存儲器(RAM)、自旋轉移矩RAM、以及電阻性RAM)已經(jīng)被探索作為有望用于片上高速緩存的替代性存儲器技術。相比于傳統(tǒng)存儲器(諸如SRAM和eDRAM)，這些新興的非易失性存儲器技術具有高密度、低待機功率、低電壓、更好可伸縮性以及非易失性的共同優(yōu)勢。然而，對它們的采用受到它們有限的耐寫性的妨礙。這個問題將會被現(xiàn)有的高速緩存管理策略所放大，結果導致高速緩存塊上失衡的寫業(yè)務，因為此類策略并不知曉寫差異。這些策略原先是被設計用于SRAM高速緩存的，并且結果導致在向高速緩存塊的寫入方面的顯著的非均一性，這使得被繁重地寫入的高速緩存塊比絕大多數(shù)其他塊產生故障要快得多或早得多。
[0024]許多損耗矯平技術已被提議以用于延長非易失性存儲器技術的壽命，但是高速緩存與主存儲器操作機制之間的差異使得用于非易失性存儲器的現(xiàn)有損耗矯平技術不勝任用于非易失性高速緩存。為了解決這些問題并且減少集間寫差異，提供了交換移位方案以減少非易失性存儲器高速緩存的集間寫差異。該方案具有非常小的硬件開銷，其僅使用一個全局計數(shù)器和兩個全局寄存器。通過采用這種方案，低級片上非易失性存儲器高速緩存的壽命能被改善。
[0025]在使用具有有限耐寫性的非易失性存儲器來設計任何高速緩存或存儲器子系統(tǒng)時，寫差異是一個重要的考慮因素。大的寫差異可以很大程度上使得產品壽命降級，因為只要一小子集的經(jīng)歷了最差情形寫業(yè)務的存儲器單元就能夠導致死緩存或存儲器子系統(tǒng)，即便在大部分單元還遠沒有被用壞時亦是如此。
[0026]圖1是根據(jù)本公開的一方面的示例性高速緩存存儲器100的示圖，該高速緩存存儲器100包括用于高速緩存存儲器100的集間損耗矯平的高速緩存控制器140。高速緩存存儲器100包括頁號102、集號140、字節(jié)號106、高速緩存路108、標記部分110、數(shù)據(jù)部分112、高速緩存塊114、高速緩存集116、標記感測放大器118a、數(shù)據(jù)感