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《基于新型非易失存儲的存儲結構》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、專題第?10?卷第?4?期2014?年?4?月基于新型非易失存儲的存儲結構孫廣宇王鵬張超關鍵詞：新型存儲存儲結構高能效高可靠性北京大學新型存儲器件為存儲accessmemory，動態(tài)隨機存取存DRAM更高的可擴展性，卻存在儲器）工藝靜態(tài)功耗較高的問題寫次數(shù)有限、讀寫性能不對稱等結構帶來契機和挑戰(zhàn)嚴重阻礙了存儲層次的發(fā)展。(3)問題。如何有效地使用新型存儲計算機系統(tǒng)的性能依賴于傳統(tǒng)的SRAM/DRAM工藝對粒器件進行存儲結構設計，需要解兩種能力：微體系結構處理數(shù)據(jù)子和射線撞擊產(chǎn)生的軟錯誤問題決的問題包括：(1)如何在各個的計算能力和整個存
2、儲層次將數(shù)沒有抵抗能力，與之相關的糾錯存儲層次選擇合適的新型存儲器據(jù)輸送給處理器的能力。受制電路進一步限制了存儲容量的增件？(2)如何改進當前的存儲結造工藝的影響，微體系結構與存加并引起了更多的功耗。構來適應新型存儲器件？(3)能儲層次之間一直存在著差距。近新型存儲器件包括：自旋矩否結合不同存儲器件的特性，實年來，隨著處理器的多核、多線傳輸磁存儲器(spin-torquetrans-現(xiàn)揚長避短？程技術的廣泛使用，大幅度提升ferRAM,STT-RAM)、相變存儲的計算能力和增長相對緩慢的存器(phase-changememory,PCM
3、)新型非易失存儲器儲系統(tǒng)性能使得這一差距變得更和電阻式存儲器(resistiverandom大了。因此，存儲結構對計算機accessmemory,RRAM)等。它們自旋矩傳輸磁存儲器利系統(tǒng)整體性能的制約（即“存儲具備一個共同特點：非易失性，用磁隧穿結(magnetictunneljunc-墻”問題）也越來越大，主要表也被統(tǒng)稱為新型非易失存儲器tion,MTJ)存儲數(shù)據(jù)。在磁隧穿現(xiàn)在三個方面：(1)單個芯片上（nonvolatilememory,NVM）。與結中，隧穿絕緣體薄層置于兩層集成處理單元（核）的數(shù)目不斷傳統(tǒng)的SRAM/DRAM工
4、藝相比，強磁性介質中。自旋矩傳輸磁存增長，需要將更多的數(shù)據(jù)及時輸它們具有高存儲密度、低靜態(tài)功儲器通過自旋轉移力矩對兩層強送到片上來匹配處理器的計算能耗、對粒子及射線撞擊產(chǎn)生的軟磁性介質的磁場方向的改變，使力，對片上存儲的容量需求也相錯誤具有抵抗能力的優(yōu)點。然而得磁隧穿結表現(xiàn)出不同的阻值狀應增加。但是，傳統(tǒng)的靜態(tài)隨機新型非易失存儲器也存在讀寫性態(tài)來進行數(shù)據(jù)存儲。它具有訪問存取存儲器(staticrandomaccess能不對稱、壽命有限、可靠性不速度快、優(yōu)秀的耐久性、靜態(tài)memory,SRAM)工藝的存儲密度高等問題，例如，自旋矩傳輸磁功
5、耗低的優(yōu)點，同時也表現(xiàn)出限制了片上存儲容量的增長。(2)存儲器雖然能提供比傳統(tǒng)SRAM良好的工藝可擴展性。Everspin,功耗問題已經(jīng)成為計算機系統(tǒng)的更高的集成度和極低的靜態(tài)能Grandis和日本電氣(NEC)等公重要考慮因素之一，而傳統(tǒng)的耗，卻存在寫延遲較高的問題；司已經(jīng)成功展示了自旋矩傳輸磁SRAM/DRAM（dynamicrandom相變存儲器雖然能提供比傳統(tǒng)存儲器的商業(yè)化產(chǎn)品。18第?10?卷第4?期2014?年?4?月相變存儲器基于硫屬化展示了高達64GB存儲容量的電了新的問題，比如相變存儲器的物材料的存儲器工藝。它利用硫阻
6、式存儲器芯片原型。最近，惠壽命和安全性隱患。屬化物材料在“無定形相（高阻普實驗室和海力士半導體公司基于自旋矩傳輸磁存儲基于新型非易失存儲的存儲結構態(tài)）”和“結晶相（低阻態(tài)）”兩(Hynix)正致力于合作開發(fā)基于器的片上緩存結構頂電極位線硫屬化物(GST)頂層金屬電極緩存作為片上存儲對訪問速磁隧穿結自由層氧空穴(MTJ)加熱器度有較高的要求，傳統(tǒng)存儲層次固定層摻雜墻字線晶體管底電極二氧化鈦中通常采用SRAM工藝制造緩+N底層源線存。與SRAM相比，自旋矩傳輸襯底金屬電極自旋矩傳輸磁存儲器(STT-RAM)相變存儲器(PCM)電阻式存儲器(
7、RRAM)磁存儲器具備相近的讀取速度，但存儲密度是SRAM的4倍左圖1新型存儲器件右。表1對基于SRAM和自旋種狀態(tài)間阻值的變化進行數(shù)據(jù)存憶阻器和橫梁結構的電阻式存儲矩傳輸磁存儲器的二級緩存的各[1]儲。相變存儲器具備與DRAM器芯片。項參數(shù)進行了定量對比。從中媲美的存儲密度、互補金屬氧化可以看出自旋矩傳輸磁存儲器具物半導體(complementarymetal-基于新型非易失存儲備替換SRAM的潛力。oxide-semiconductortransistor,最近幾年，許多研究者提出器的高能效、高可靠CMOS)兼容性、訪問速度快、在系
8、統(tǒng)的各級緩存中使用自旋矩性存儲結構[2~4]耐久性較好等優(yōu)點。相變材料在傳輸磁存儲器來替換SRAM。當今CMOS生產(chǎn)工藝下表現(xiàn)出雖然新型非易失存儲器的存這些研究包括：(1)因受益于自優(yōu)秀的工藝可擴展性，這意
