具有电容性单元和/或铁电单元的存储器阵列的预测性清理
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2022年1月21日申请的名称为“具有电容性单元和/或铁电单元的存储器阵列的预测性清理(predictive sanitization of an array of memory with capacitive cells and/or ferroelectric cells)”的美国临时专利申请第63/301,985号的权益，所述美国临时专利申请的公开内容以引用方式全文并入本文中。
技术领域
3.本公开大体上涉及存储器系统和方法，且更尤其涉及一种用于防止存储器中发生故障以增强媒体可靠性的预测性清理方法。
背景技术：
4.存储器装置(也被称作“存储器媒体装置”)广泛用于将信息存储在例如计算机、用户装置、无线通信装置、相机、数字显示器等各种电子装置中。通过将存储器装置内的存储器单元编程为各种状态来存储信息。
5.在使用传统的擦除技术的常规存储器中，执行巡逻擦除，其中周期性地读取存储器中的每一数据条目，且如果所述数据条目具有可校正错误，那么将其校正并写回到存储器以避免错误的累积。
6.代替使用传统的擦除来检测和校正错误，需要预先预测故障的可能性并防止错误的发生，由此延长计算高速链路(cxl)装置中具有电容性单元和/或铁电单元的存储器的组件的寿命并提高存储器可靠性。
技术实现要素：
7.根据本技术的一方面，提供一种计算系统。所述计算系统包括：存储器系统，其与主机通信且被配置成在其中存储数据，所述存储器系统包括：存储器，其包含经由存储器接口耦合到存储器控制器的多个存储器组件；和存储器控制器，其被配置成与存储器通信以控制数据传输且被配置成：(i)执行存储器组件的擦除操作，及(ii)检测存储器的待清理的区域且执行所检测区域的清理操作以防止故障的发生。
8.根据本技术的另一方面，提供一种经由存储器系统执行的预测性清理方法。所述方法包括：执行存储器系统中的存储器的存储器组件的擦除操作；检测存储器的待清理的区域；以及执行所检测区域的清理操作以防止故障的发生。
9.根据本技术的又一方面，提供一种存储器系统。所述存储器系统包括：存储器，其包含经由存储器接口耦合到存储器控制器的多个存储器组件；其中所述存储器控制器被配置成与存储器通信以控制数据传输且被配置成：(i)执行存储器组件的擦除操作，及(ii)检测存储器的待清理的区域且执行所检测区域的清理操作以防止故障的发生。
附图说明
10.图1为说明根据本发明的一或多个示范性实施例的计算系统的存储器系统的框图。
11.图2为说明待在存储器内执行的预测性清理方法的检测操作期间执行的示范性特殊读取工艺的流程图。
12.图3为说明根据本公开的一或多个示范性实施例的待擦除的所检测区域的替换的框图。
13.图4为说明根据本公开的替代示范性实施例的待擦除的所检测区域的替换的框图。
14.图5为说明根据本公开的一或多个示范性实施例执行的预测性清理操作的流程图。
15.图6说明根据本公开的一或多个示范性实施例的展示图5的预测性清理操作的实例超时周期的图式。
16.图7说明根据本公开的一或多个实施例的用于执行总体预测性清理方法的流程工艺。
17.图式仅出于说明优选实施例的目的并且不应被解释为限制本公开。鉴于图式的以下启发性描述，目前所描述技术的新颖方面对于所属领域的一般技术人员应变得显而易见。此详细描述使用数字和字母标号来指代图式中的特征。图式和描述中的相同或类似标号已用以指目前所描述技术的实施例的相同或类似部分。
具体实施方式
18.此外，实施例可以由硬件、软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言或其任何组合来实施。当用软件、固件、中间件或微码实施时，执行必要任务的程序代码或代码段可以存储在机器可读媒体中。处理器可以执行必要任务。
19.在基于与具有电容性单元和/或铁电单元的存储器相关的技术的cxl存储器装置中，通过使用巡逻擦除，搜索将要跨越最小窗口预算限制以预测并防止发生错误的阵列区域(即，具有电容性单元和/或铁电单元的存储器)，由此允许可靠读取。一旦检测到待清理的区域，就对所述区域执行重新放大窗口的补救。控制器中的寄存器将在补救时间期间替换在清理下的区域。
20.此方法提供高策略价值，因为其基于与具有电容性单元和/或铁电单元的存储器相关的技术在cxl装置的可靠性、可用性和可服务性(ras)特征方面提供了可能的改进。代替修复发生的故障，此方法旨在防止故障的发生。
21.图1为说明根据本发明的一或多个示范性实施例的计算系统50的存储器系统100的框图。存储器系统100为asic类型且包含控制器105，包含中央控制器或处理器110、存储器控制器120，和存储器140和用于与存储器140通信的存储器控制器接口130。
22.存储器140包含多个存储器组件142。存储器系统100与主机60通信。主机60可为主机系统，包含例如个人膝上型计算机、台式计算机、移动装置(例如，蜂窝电话)、网络服务器、存储卡读卡器、相机或任何其它合适类型的主机系统或装置。
23.根据一或多个实施例，中央控制器或处理器110执行存储于存储器140内的指令以
执行任务且控制计算系统50的总体操作。
24.存储器控制器120执行存储器140的擦除操作(例如，巡逻擦除)以防止发生故障，且巡逻擦除由中央控制器110管理。存储器控制器120可包含用于执行巡逻擦除操作的巡逻擦除器。存储器控制器120还响应于从控制器110和/或i/o装置(未展示)接收到的请求而执行数据到存储器140的存储器组件142的读取和写入操作。
25.根据一或多个实施例，存储器140为计算高速链路(cxl)存储器且存储器组件142包含电容性单元和/或铁电单元。存储器控制器120被配置成发布巡逻擦除请求以擦除存储器140。下文将参考图2到7论述根据本发明的一或多个实施例的预测性清理工艺的细节。
26.本公开中描述的预测性清理方法以三个步骤界定-待清理区域的检测；使用存储器控制器120中的寄存器替换所检测区域；清理所检测区域；以及区域的重新启用。
27.在检测期间，存储器控制器120使用不同于在将由存储器控制器120执行的常规读取操作期间使用的参考电压(vref)的特殊参考电压(vref )(也被称作“vsaref”)来执行特殊读取。相较于参考电压(vref)，特殊参考电压(vref )电平具有较小故障容限。
28.尤其，在此实施例中，当对特定存储器组件142的特定区执行擦除操作时，擦除操作由存储器组件142解译为使用特殊vref执行的读取操作。存储器控制器120可在vref值的集合之间选择特殊vref。
29.此选择可由存储器控制器120的擦除命令中适当数目的位来译码。在常规读取操作期间使用的参考电压(vref)通常在1与3伏特(v)之间的范围内。通过使参考电压vref减小小差量(
△
)值，例如几百毫伏(mv)而获得特殊参考电压(vref )。举例来说，如果参考电压vref大致为3伏特(v)，那么特殊参考电压(vref )可大致为vref-300mv。本公开不限于此且可相应地改变。
30.图2为说明待在预测性清理方法的检测操作期间执行的实例特殊读取工艺的流程图。为了进行检测，存储器控制器120执行迫使窗口减小的特殊读取，或在任何情况下通过将感测放大器的容限pf从例如vref减小到vref-300mv，如在以上实例中所提及。读取工艺可如图2所示形成为单一或多重选项。在呈单一选项的操作200处，起始读取工艺，且在操作202处确定是否擦除数据。如果为否，那么在操作204处使用普通vref执行读取操作。如果确定应在操作202处执行擦除，那么工艺继续到操作206，其中使用特殊vref执行擦除操作。
31.在替代实施例，例如多重选项中，在操作210处，起始读取工艺，且在操作212处确定是否擦除数据。如果为否，那么在操作214处使用普通vref执行读取。如果确定应在操作212处执行擦除，那么工艺继续到操作216，其中使用不同特殊vref(vref1，vref2，...，vrefn)执行若干位(000，001，111)的擦除。
32.在检测工艺期间，由存储器控制器120收集待清理的位置、页、块、裸片或其它组件的列表。存储器控制器120或存储器140的存储器组件142确定在何处开始清理工艺，例如哪一存储体、哪一装置、哪一等级。使用各种准则进行此确定。举例来说，在一个实施例中，清理开始于媒体子系统(例如，存储体或裸片)中更接近漂移到错误状态中的部分处。替代地，根据另一实施例，清理工艺可开始于媒体子系统中由于上传到高速缓冲存储器而不可存取的部分或媒体子系统的最近存取最少部分处。
33.图3和4为说明根据本公开的一或多个示范性实施例的待清理或擦除的所检测区域的替换的框图。在所检测区域的替换期间，在需要时将所检测区域中的数据复制到待存
取的另一位置。
34.如图3中所示，一旦执行检测且检测到待清理区域，在如图3中所示的存储器控制器120中，当同时执行多个区的清理时，存储器控制器120执行使用专用集成电路(asic)环境内的便利寄存器122或便利寄存器的集合替换在清理下的所检测区域150。
35.将来自存储器组件142内的所检测区域150的数据复制到存储器控制器120的便利寄存器122(如由箭头a所指示)，且在完成复制操作之后，存储器控制器120将在需要时代替待清理的所检测区域150(如由箭头c所指示)存取便利寄存器122以获取数据(如由箭头b所描绘)。
36.因此，主机60(如图1中所示)将寻址存储器控制器120中的便利寄存器122而不是存储器140的存储器组件142。也就是说，将在便利寄存器122中复制所检测区域150的有效数据，且接着启用便利寄存器122以暂时替换所检测区域150。
37.如图4中所示，代替将数据从例如待清理的所检测区域的裸片152复制到存储器控制器120内部的一或多个便利寄存器122，存储器组件142包含替换裸片154。替换裸片154充当存储器控制器120起始复制操作的区域。存储器组件142执行复制操作且将数据从裸片152复制到替换裸片154(如由箭头a
′
所指示)。
38.在完成复制操作之后，存储器控制器120接着将存取替换裸片154以获取数据(如由箭头b
′
所指示)而不是存取在清理下的裸片152(如由箭头c
′
所指示)。
39.根据实施例，替换区可为裸片、一或多个存储器组件142、每裸片的一或多个存储体、每存储体的一或多个行块、每存储体的单个行、每存储体的单个页或一或多个便利寄存器。便利寄存器可为每裸片一个便利寄存器、每存储体一个便利寄存器或每行块一个便利寄存器。
40.存储器控制器120还可在存储器组件142的存储器地址空间中保留相同区以用作复制待清理的所检测区域的有效数据的便利区。
41.一旦数据已经复制到替换区，就执行所检测区域150(例如，裸片152)的清理。图5说明说明正执行的预测性清理操作的流程图。图6为展示在图5的预测性清理操作期间的超时周期的图式。
42.存储器控制器120将命令发送到存储器组件142以执行预测性清理操作，包含提供用于循环所检测区域的一定数目个快速循环。此操作不包含占据i/o带宽(bw)以循环区域。然而，预测性清理工艺可干扰主机60的主机流量(图1中所描绘)，由此减小核心bw。
43.为了避免此类干扰或高度碰撞，存储器控制器120被配置成在必要时适当地调度且推迟所检测区域的清理以最小化对性能的影响。举例来说，如果主机60当前正存取所检测区域处的数据，那么存储器控制器120将使所检测区域的清理推迟一段时间。
44.如图5所示，仅出于说明的目的假设待清理的所检测区域为“页”，方法500开始于操作510。在操作510处，选择起始页。在操作520处，执行检测以确定是否需要清理页。如果在操作520处，确定需要清理所述页，那么存储器控制器120将所述页添加到清理列表，且在操作540处，存储器控制器120存储超时周期(如图6中所描绘)以用于所述页的清理。
45.在操作550处，测试另一页的清理。如果在操作520处确定不需要清理，那么方法500直接继续到操作540，其中测试另一页以确定是否需要清理。
46.如图6所示，用于清理每一页的超时周期的时间长度取决于用于检测的特殊vref
(如图2中所描绘)。超时(即，差量容限)600越大，在存储器单元将发生故障之前可用于清理的时间就越长。在触发清理与发生清理之间分配较短时间的较小较短超时(即，差量容限)610具有更有效产生较小系统开销的优点。
47.在执行清理之后，执行存储器140的存储器组件142的目前清理区域150的重新启用。在重新启用工艺期间，存储器控制器120将数据重新寻址回到新近清理区域150，由此释放便利寄存器122(如图3中所示)或替换区域(例如，如图4中所示的替换裸片154)以用于下一清理工艺。
48.图7说明根据实施例的用于执行总体预测性清理方法700的流程工艺。如图7中所示，方法700开始于操作710。在操作710处，通过扫描存储器140的存储器组件142的所有位置来执行擦除。举例来说，此可通过使用强行扫描方法或其它合适的扫描方法来实现。
49.操作710确定将要跨越最小窗口预算限制的任何区域，所述最小窗口预算限制具有在给定电压电平(即，特殊参考电压vsaref)下的两个参考状态零(1)与一(1)之间的阈值参考。目的是观察任何错误以供校正错误并写回数据以防止错误的累积。
50.在操作720处，存储器控制器120减小容限窗口且检测例如给定页在不久的将来是否将具有错误。在操作730处，重新放大所检测区域的窗口，且进行所检测区域的修复或恢复。此时，将来自所述页的数据暂时移动到另一位置，且修复所述页。
51.在操作740处，将数据移动回到所检测区域且恢复数据操作。
52.在图7中所示的方法中，根据此实施例，用户模式为常规或普通读取操作。磨损故障机构使得rw关闭，这取决于评定单元的方式，即存取次数、两次连续存取之间的时间、两次连续存取之间的单元级别。
53.通过执行存储器的预测性清理，本公开的若干实施例提供益处，例如通过防止发生故障而不是在读取和写入操作期间修复cxl装置内发生的故障来改进存储器的寿命和可靠性。本公开的实施例的额外优点包含提高系统可靠性、可用性、可服务性(ras)，即年故障率(afr)和静默数据损坏(sdc)，且增加对锤击攻击的缓解。
54.虽然已在本文中说明并描述了特定实施例，但所属领域的一般技术人员将了解，经计算以实现相同结果的布置可取代所示的特定实施例。本公开意图涵盖本公开的数个实施例的修改或变化。应理解，以说明方式而非限制方式进行了以上描述。
55.在查阅以上描述后，以上实施例和本文中未具体描述的其它实施例的组合对于所属领域的一般技术人员来说将是显而易见的。本公开的数个实施例的范围包含其中使用上述结构和方法的其它应用。因此，本公开的数个实施例的范围应参考所附权利要求书以及此类权利要求被赋予的等同物的完整范围而确定。
56.在先前具体实施方式中，出于简化本公开的目的而将一些特征一并归到单个实施例中。本公开的此方法不应被解译为反映本公开的所公开实施例必须比在每项权利要求中明确叙述那样使用更多特征的意图。实际上，如所附权利要求书所反映，本发明主题在于单个所公开实施例的不到全部的特征。因此，所附权利要求书特此并入于具体实施方式中，其中每项权利要求就其自身来说作为单独实施例存在。