专利名称：包括电压感测监控接口的存储器模块的制作方法
包括电压感测监控接口的存储器模块
背景技术：
计算机、服务器、通信装置、工作站等等将数据存储在存储器模块中，所述存储器模块典型地通过单个模块接口连接器从主板接收预先调节的电功率。通常，提供多个调节的偏置电压，并且这些偏置电压可以包括例如动态随机存取存储器(DRAM)存储器集成电路 (IC)正电源电压(VDD)、DRAM输入/输出(I/O)驱动器正电源电压(Vddq)以及DRAM I/O参考电源电压(VKEF)。Vkef通常为低电流并且通过单个输入管脚供应。Vdd和Vddq以及相应的回线(Vss和Vssq)通过沿着模块接口连接器分布的多个管脚施加。出于若干原因，存储器模块功率系统在维持恒定的参考电压方面具有困难。例如， 来自存储器模块上的存储器装置集成电路的调节器输出的远程位置限制了调节器瞬态负载响应时间。用来解决调节器输出电流供应的宽范围的大输出电容附加地限制了瞬态响应时间。此外，系统板开关调节产生施加到存储器模块偏置电压上的高频开关噪声，改变存储器模块的定时并且限制实际的存储器工作速度。为了甚至对于大的存储器获得更高速度的存储器模块性能，要解决重要的限制因素，包括与存储器系统功率生成、调节和分布关联的因素。随着存储器技术进步以及电压降低以改善功耗，电压容差(tolerance)也减小。跨存储器子系统在存储器模块(例如双列直插存储器模块(DIMM))上维持规定的电压电平变得困难得多。跨具有不同功率规范的多个存储器配置维持规定的电压电平是特别困难的， 从而造成跨功率平面的功率降低。
发明内容
存储器装置和系统的实施例包括用于解决跨可变载荷的电压容差的电压感测线。 该存储器装置和系统包括存储器模块连接器，该存储器模块连接器具有第一多个管脚，其耦合到存储器模块上的电路系统；以及第二多个管脚，其耦合到存储器模块上的功率导轨， 使得能够从存储器模块外部监控这些功率导轨。
涉及结构和操作方法的本发明实施例可以通过参照以下说明和附图来最好地理解
图1A-1F为描绘存储器设备的实施例的示意性框图和电路图，这些实施例包括用于解决(address)跨可变载荷的电压容差的电压感测线；
图2A、图2B和图2C为示出将片上终结器(on-die termination)用于存储器信号线的系统实施例的示意性框图和电路图3A-3D为示出用于管理计算机存储器中的功率的方法的一个或多个实施例或方面的流程图；以及
图4为示出常规功率管理方法的示意性框图和电路图，其中感测线典型地置于系统板上以便实现功率平面的平均读取(reading)。
具体实施例方式存储器装置和系统的各个实施例包括电压感测线，这些电压感测线被添加到存储器模块管脚定义以管理跨可变载荷的功率，从而在诸如DRAM之类的存储器装置处实现规定电压的改善的维持。本文公开了存储器装置和系统结构，其实现负载处的电压感测并且可以通过直接从存储器模块上的接近存储器集成电路的功率导轨感测调节的偏置电压而显著提高满足跨可变载荷的严格容差的能力。相对照的是，常规的系统感测系统板上的功率导轨，这对于诸如全缓冲双列直插存储器模块(FBD)、双数据速率-3 (DDR3) DRAM之类的新技术以及可能的未来技术是不够的。其中例如在双列直插存储器模块(DIMM)上接近DRAM感测动态随机存取存储器(DRAM)功率导轨的说明性存储器装置和系统结构使得能够维持严格的电压要求。参照图1A，示意性框图和电路图绘出了存储器设备100A的实施例，其包括用于解决跨可变载荷的电压容差的电压感测线。存储器设备100A包括存储器模块连接器102，该存储器模块连接器具有第一多个管脚104，其耦合到存储器模块106上的电路系统；以及第二多个管脚108，其耦合到存储器模块106上的功率导轨110，使得能够从存储器模块106 外部监控功率导轨110。存储器模块106进一步包括存储器模块连接器102、耦合到存储器模块连接器102 的电路板112以及安装到电路板112的多个集成电路114。第二多个管脚108对应于电压感测线，这些电压感测线路由来自存储器模块106 上的功率导轨110的信号以用于存储器模块106外部的功率感测。在一个示例性配置中，第二多个管脚108可以路由来自存储器模块106上的功率汲取中心的信号以用于存储器模块106外部的功率感测，不过可以实现从功率导轨100A上的任何位置进行感测。结合图IA参照图1B，示意性框图和电路图绘出了实现电压感测的存储器设备 100B的另一实施例。存储器设备100B可以进一步包括多个存储器模块106，其具有所述模块106中的一个或多个。集成电路114可以包括至少一个存储器集成电路114M。结合图IA参照图1C，示意性框图和电路图绘出了存储器设备100C的另一实施例， 其进一步包括组合来自所述多个存储器模块106的功率导轨110的功率信号的电路120。 在各个实现方式中，组合的信号可以以任意选择的比例进行组合。例如，可以对信号平均， 或者以导致任何适当的数学组合的方式对信号进行组合。如果希望的话，可以实现最大、最小、平均、几何平均或者其他统计函数。如图ID和图IE所示，相应的存储器设备实施例100D和100E可以进一步包括监控来自所述多个存储器模块106的功率导轨110的至少一个功率信号的电路116。功率信号监控电路116可以如图ID中所示位于存储器模块106中的一个或多个上，或者如图IE 中所绘位于存储器模块的外部。参照图1F，示意性框图和电路图绘出了实现电压感测的存储器设备100F的另一实施例。存储器设备100F包括一个或多个存储器模块106。存储器模块106包括存储器模块连接器102、耦合到存储器模块连接器102的电路板112以及安装到电路板112的多个存储器集成电路114M。存储器模块106中的至少一个可以进一步包括耦合到电路板112 的、测量存储器模块106上的电压的电压测量电路122，以及耦合到电压测量电路122的、保持代表存储器模块106上的测量电压的值的寄存器124。总线接口 1 可以耦合到寄存器 124并且耦合到第二多个管脚108。在一个特定的示例性实施例中，存储器模块106可以是双列直插存储器模块 (DIMM)，其中多个动态随机存取存储器(DRAM)集成电路安装到DIMM上。总线接口 1 可以是内置集成电路(I2C)多主串行计算机总线或者系统管理总线(SMBus)。存储器设备100F可以进一步包括支持串行存在性检测(SPD)的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM) 128，其中SPD存储器空间被分配成包括测量的存储器模块电压。在一些实现方式中，存储器设备100F也可以包括逻辑130，其读取来自串行存在性检测(SPD)存储器128的测量的存储器模块电压，并且基于测量的存储器模块电压执行动态功率系统调整。图1A-1E中绘出的存储器设备示出了使用单个DRAM感测线或平均方法的示例。图 IF绘出了利用电压感测方法的优点的系统设计者的实现方式的一个示例。尽管说明性示例包括四个DIMM，但是该构思适用于任何数量的DIMM。在图1A-1F所示的存储器设备实施例中，在存储器模块上接近存储器装置集成电路感测调节的偏置电压。相对照的是，图4示出了一种常规的方法，其中感测线典型地置于接近功率平面负载中心的系统板或主板上的某处，以用于提供功率平面的平均读取的目的。该常规的方法将DRAM电压居中于感测点电压并且通常是足够的，但是遗憾的是仅对于检测DIMM输入电压表现良好。该常规的方法的一个缺陷是功率下降出现在感测点与使用导轨的DRAM之间。目前，估计DDR3 DMM在1. 5V导轨上使用高达17W的功率，导致IlA的负载，不过当系统在操作之间空闲时，电流汲取可以低至1-2A。基于具有每接触20-30毫欧姆以及64个接地管脚的22个功率连接器，功率导轨上的DIMM插口接触的阻抗的保守估计近似为1. 5毫欧姆。DIMM上的功率平面也添加大约1. 5-2毫欧姆的电阻。假设总共3欧姆， 那么最小与最大载荷之间的IOA差值近似为30mV。对于DDR3，1. 5V导轨容差为75mV，因此 30mV差值是必须分配的功率导轨预算的重要部分，从而要求电源具有严格得多的调节和/ 或极低的容差电压设定点。在图1A-1F所示的存储器设备实施例中，电压感测线可以从例如在功率汲取中心处的DIMM功率导轨布线到边缘管脚以供系统板用于功率感测。在一个示例性结构中，可以将来自DIMM插口连接器的两个管脚分配用于感测线。系统设计者于是可以将感测线信号路由回到电源。如果系统中安装了多个DIMM，那么系统设计者可以使用来自一个DIMM的单对信号感测电压，或者组合这些信号以便实现平均效应。尽管平均效应可能看起来获得与从系统板感测的常规系统(图4中绘出)相似的结果，但是组合或平均技术具有实际地平均 DRAM处而不是插口处的电压的优点并且从而考虑了插口和DRAM功率平面的电压降。图1A-1F中示出的存储器设备实施例使得能够在DIMM上在DRAM处感测电压，从而消除了由使用具有各种DRAM量的DIMM而造成且由于功率汲取随时间的变化而引起的跨 DIMM插口和DIMM功率平面的损耗可变性。因此，损耗消耗的功率预算容差的部分降低，从而在设计的其余部分允许更大的灵活性，潜在地通过对于电源允许更宽松的容差而节省成本。
参照图2A，示意性框图和电路图绘出了存储器设备200A的一个实施例，其测量存储器集成电路附近的地点(position)处的感测电压。存储器设备200A在诸如DMM之类的存储器模块中配置有电压感测架构，其使得能够感测负载处的电压，这可以显著提高满足跨可变载荷的严格容差的能力。电压感测架构通过以下方式使得能够严格控制施加到诸如DRAM之类的存储器集成电路的电压在DIMM上测量尽可能靠近DRAM的电压，将该信息传送回系统并且使用该信息调整系统部件的行为。电压感测架构使得能够在DRAM处更好地维持规定的电压。由于系统可以包括许多DIMM，例如48个或者更多，因而将感测线连接到每个DIMM将需要大量的板空间。说明性电压感测架构充分利用了存储器子系统中现有的连接性并且不需要改变DIMM插槽的底层结构和工业标准引出脚。存储器设备200A包括存储器模块206，该存储器模块包括电路板212以及耦合到电路板212的、测量存储器模块206上的电压的电压测量电路222。寄存器2M耦合到电压测量电路222并且保持代表存储器模块206上的测量电压的值。总线接口 2 耦合到寄存器2M。存储器模块206可以进一步包括耦合到电路板212的存储器模块连接器202以及安装到电路板212的多个存储器集成电路214M。存储器模块连接器202可以包括第一多个管脚204，其耦合到存储器模块上的电路系统；以及第二多个管脚208，其耦合到总线接口 2 并且耦合到存储器模块206上的功率导轨210。第二多个管脚208和总线接口 2 使得能够从存储器模块206外部监控这些功率导轨210上的电压。在一些实施例中，存储器模块206可以是双列直插存储器模块(DIMM)，其中多个动态随机存取存储器(DRAM)集成电路214M安装到DIMM上。总线接口 2 可以是内置集成电路(I2C)多主串行计算机总线或者系统管理总线(SMBus)。存储器设备200A可以进一步包括支持串行存在性检测(SPD)的电可擦除可编程只读存储器(EEPR0M)228，其中SPD存储器空间被分配成包括测量的存储器模块电压。结合图2A参照图2B，存储器设备200B可以进一步包括逻辑230，该逻辑读取来自串行存在性检测(SPD)存储器228的测量的存储器模块电压并且基于测量的存储器模块电压执行动态功率系统调整。结合图2A参照图2C，示意性框图和电路图绘出了存储器设备200C的另一实施例， 其使得能够紧邻存储器集成电路进行电压感测。存储器设备200C可以包括多个存储器模块206以及组合来自所述多个存储器模块206的功率导轨210的功率信号的电路220。与图1A-1F中所示的配置形成对照的是，代替在每个DIMM上包括电压感测线，图 2A-2C中绘出的电压感测架构配置使得能够使用简单的嵌入式电路测量DIMM上的电压，所述嵌入式电路可以集成到DIMM印刷电路板上的许多部分之一中。该嵌入式电路测量DIMM 电压并且设置附接到本地边带互连通路(例如1 或SMBus)的寄存器。通过修改为JEDEC 标准化的DMM规定的SPD，可以分配SPD EEPROM中保留的寄存器空间以便写入当前电压值或者先前值的历史。通过使用SPD空间存储电压信息，不必分配附加的1 装置地址。诸如 I2C或SMBus之类的接口的边带通路上的通信允许边带总线上的装置，例如基板管理控制器 (BMC)、电源、功率调节集成电路(IC)或者存储器控制器，读取来自DIMM的尽可能接近DRAM的位置的当前电压。可以将关于电压电平的信息反馈到系统中以便基于测量的电压进行动态功率系统调整。可以以规则的间隔轮询DIMM以维持电压尽可能接近希望的值。此外，可以标识最坏情况的DIMM (例如具有较高的容量、较高的功率汲取或者较密集的工作负荷)并且可以更紧密地跟踪电压电平。电压感测架构使得能够在DIMM上的DRAM处感测电压，从而消除了由使用具有各种DRAM量的DIMM而造成且由于功率汲取随时间的变化而引起的跨DIMM插口和DIMM功率平面的损耗的可变性。因此，该损耗消耗的功率预算容差的部分可以降低，并且在设计的其余部分允许更大的灵活性，潜在地通过对于电源允许更宽松的容差而节省成本。电压感测架构可以消除对于将附加迹线布线在系统板上的需要，并且消除为了电压感测目的而重新分派管脚。可以在对系统固件进行简单修改的情况下实现电压感测架构，以使得能够使用 DIMM处产生的信息，从而进一步简化了设计，因为关于电源行为的决策可以由系统固件或基板管理控制器(BMC)做出，并且从而可以在无需重新设计电源以结合来自DIMM的反馈信息的情况下做出。参照图3A-3D，流程图示出了用于管理计算机存储器中的功率，例如以便满足跨可变载荷的严格容差的方法的一个或多个实施例或方面。图3A绘出了一种用于管理300计算机存储器中的功率的方法，其包括感测302存储器模块上的功率导轨处的功率，以及将指示感测的功率的信号从存储器模块的功率导轨路由304到存储器模块外部的监控位置。指示感测的功率的信号可以从存储器模块上的功率导轨上的功率汲取中心或者任何适当位置路由到存储器模块外部的监控位置以用于存储器模块外部的功率感测。参照图3B，功率管理方法310可以进一步包括测量312存储器模块上邻近安装到存储器模块的存储器集成电路的地点处的电压，以及将测量的电压传送314到存储器模块外部的位置。基于测量的电压在存储器模块外部的位置处调整316系统部件的操作。参照图3C，在一些实施例中，功率管理方法320可以进一步包括将指示感测的功率的信号从多个存储器模块的功率导轨路由322到存储器模块外部的监控位置，以及组合 3 来自所述多个存储器模块的功率导轨的功率信号。如图3D中所示，功率管理方法330的一个实施例可以包括测量332存储器模块上邻近安装到存储器模块的存储器集成电路的地点处的电压，将代表测量的电压的值加载 334到存储器模块上的寄存器中，以及使得能够336经由存储器模块上的总线接口访问寄存器。可以从存储器模块外部的位置访问338该寄存器。可以基于测量的存储器模块电压执行340动态功率系统调整。本文中可能使用的措词“显著地”、“基本上”或者“近似”涉及对应项的工业接受容差。这样的工业接受容差范围从不足百分之一到百分之二十并且对应于但不限于功能、 值、过程变化、尺寸、工作速度等等。本文可能使用的措词“耦合”包括直接耦合以及经由另一部件、元件、电路或模块的间接耦合，其中对于间接耦合而言，居间的部件、元件、电路或模块并不修改信号的信息，但是可以调整其电流水平、电压电平和/或功率水平。例如其中一个元件据推断耦合到另一个元件的推断的耦合包括两个元件之间的与“耦合”相同方式的直接和间接耦合。所述说明性框图和流程图绘出了制造过程中的过程步骤或框。尽管特定示例说明了特定的过程步骤或动作，但是许多可替换的实现方式是可能的且通常通过简单的设计选择而做出。基于功能、目的、符合标准、传统结构等等的考虑，动作和步骤可以以与本文的特定描述不同的顺序执行。 尽管本公开内容描述了各个实施例，但是这些实施例应当被理解为说明性的并且没有限制权利要求的范围。所描述实施例的许多变化、修改、添加和改进是可能的。例如， 本领域普通技术人员应当容易实现提供本文公开的结构和方法所需的步骤，并且应当理解过程参数、材料和尺寸仅仅通过举例而给出。可以改变这些参数、材料和尺寸以实现处于权利要求范围内的希望的结构和修改。也可以在仍然处于以下权利要求书的范围内的同时对本文公开的实施例做出变化和修改。
权利要求
1.一种存储器设备，包括存储器模块连接器，该存储器模块连接器包括第一多个管脚，其耦合到存储器模块上的电路系统；以及第二多个管脚，其耦合到所述存储器模块上的功率导轨，并且使得能够从该存储器模块外部监控所述功率导轨。
2.依照权利要求1的设备，进一步包括所述第二多个管脚，其包括电压感测线，所述电压感测线路由来自存储器模块上的功率导轨的信号以用于存储器模块外部的功率感测。
3.依照权利要求1的设备，进一步包括存储器模块，该存储器模块包括所述存储器模块连接器；电路板，其耦合到所述存储器模块连接器；以及多个集成电路，其安装到所述电路板且包括至少一个存储器集成电路。
4.依照权利要求1的设备，进一步包括多个存储器模块，所述多个存储器模块中的一些包括存储器模块连接器、耦合到存储器模块连接器的电路板以及安装到电路板的多个集成电路；以及电路，其组合来自所述多个存储器模块的功率导轨的功率信号。
5.依照权利要求1的设备，进一步包括多个存储器模块，所述多个存储器模块中的一些包括存储器模块连接器、耦合到存储器模块连接器的电路板以及安装到电路板的多个集成电路；以及电路，其监控来自所述多个存储器模块的功率导轨的至少一个功率信号。
6.依照权利要求1的设备，进一步包括存储器模块，该存储器模块包括所述存储器模块连接器；电路板，其耦合到所述存储器模块连接器；多个存储器集成电路，其安装到所述电路板；电压测量电路，其耦合到所述电路板，测量存储器模块上的电压；寄存器，其耦合到所述电压测量电路，保持代表所述存储器模块上的测量电压的值；以及总线接口，其耦合到所述寄存器并且耦合到所述第二多个管脚。
7.依照权利要求6的设备，进一步包括所述存储器模块，该存储器模块包括双列直插存储器模块(DIMM)，所述DIMM具有安装到其上的多个动态随机存取存储器(DRAM)集成电路；所述总线接口，该总线接口包括内置集成电路(I2C)多主串行计算机总线或者系统管理总线(SMBus)；电可擦除可编程只读存储器(EEPR0M)，其支持串行存在性检测(SPD)，其中 SPD存储器空间被分配成包括测量的存储器模块电压；以及逻辑，该逻辑读取来自串行存在性检测(SPD)存储器的测量的存储器模块电压并且基于测量的存储器模块电压执行动态功率系统调整。
8.一种存储器设备，包括存储器模块，该存储器模块包括电路板；电压测量电路，其耦合到电路板，测量存储器模块上的电压；寄存器，其耦合到电压测量电路，保持代表存储器模块上的测量电压的值；以及总线接口，其耦合到寄存器。
9.依照权利要求8的设备，进一步包括所述存储器模块，该存储器模块进一步包括 存储器模块连接器，该存储器模块连接器包括第一多个管脚，其耦合到存储器模块上的电路系统；以及第二多个管脚，其耦合到总线接口并且耦合到存储器模块上的功率导轨，该第二多个管脚和总线接口使得能够从存储器模块外部监控功率导轨。
10.依照权利要求8的设备，进一步包括多个存储器模块；以及电路，其组合来自所述多个存储器模块的功率导轨的功率信号。
11.依照权利要求8的设备，进一步包括所述存储器模块，该存储器模块包括双列直插存储器模块(DIMM)，所述DIMM具有安装到其上的多个动态随机存取存储器(DRAM)集成电路；所述总线接口，该总线接口包括内置集成电路(I2C)多主串行计算机总线或者系统管理总线(SMBus)；电可擦除可编程只读存储器(EEPR0M)，其支持串行存在性检测(SPD)，其中SPD存储器空间被分配成包括测量的存储器模块电压；以及逻辑，该逻辑读取来自串行存在性检测(SPD)存储器的测量的存储器模块电压并且基于测量的存储器模块电压执行动态功率系统调整。
12.一种用于管理计算机存储器中的功率的方法，包括感测存储器模块上的功率导轨处的功率；以及将指示感测的功率的信号从存储器模块的功率导轨路由到存储器模块外部的监控位置。
13.依照权利要求12的方法，进一步包括测量存储器模块上邻近安装到存储器模块的存储器集成电路的地点处的电压；将测量的电压传送到存储器模块外部的位置；以及基于测量的电压在存储器模块外部的位置处调整系统部件的操作。
14.依照权利要求12的方法，进一步包括将指示感测的功率的信号从多个存储器模块的功率导轨路由到存储器模块外部的监控位置；以及组合来自所述多个存储器模块的功率导轨的功率信号。
15.依照权利要求12的方法，进一步包括测量存储器模块上邻近安装到存储器模块的存储器集成电路的地点处的电压；将代表测量的电压的值加载到存储器模块上的寄存器中；使得能够经由存储器模块上的总线接口访问寄存器；从存储器模块外部的位置访问该寄存器；以及基于测量的存储器模块电压执行动态功率系统调整。
全文摘要
存储器装置和系统包括用于解决跨可变载荷的电压容差的电压感测线。存储器装置和系统包括存储器模块连接器，该存储器模块连接器具有第一多个管脚，其耦合到存储器模块上的电路系统；以及第二多个管脚，其耦合到存储器模块上的功率导轨，使得能够从存储器模块外部监控这些功率导轨。
文档编号G06F12/00GK102203745SQ200980143332
公开日2011年9月28日 申请日期2009年9月23日 优先权日2008年10月30日
发明者卡尔 D., 吴 D., 沃恩斯 L., B. 卡尔霍恩 M., 李 T. 申请人:惠普开发有限公司