一种可就地执行的非挥发存储器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种可就地执行的非挥发存储器，包括：存储芯片组，其包括至少一个闪存芯片，实现存储与读取数据；控制模块，其与所述存储芯片组连接，控制并实现在所述存储芯片组中读取指令与数据执行。本发明克服了NAND闪存的缺陷，使可就地执行的存储器的成本大幅度下降，且存储空间得到提高。
【专利说明】一种可就地执行的非挥发存储器
【技术领域】
[0001]本发明涉及可就地执行的存储器体系结构，尤其一种可就地执行的非挥发存储器。
【背景技术】
[0002]大容量非易失存储器的速度比处理器的速度慢很多，如果处理器直接访问大容量非易失存储器的话，处理器的大量的时间都会处于等待的状态，实际速度会很慢。为了提高速度，大量的系统都采用了如图1所示的小容量高速缓存。高速缓存中存储的是大容量的存储器中当前经常被访问的数据；当处理器需要某个数据时，如果它已经在高速缓存中，这个数据就可以直接从高速缓存送给处理器，而不需要访问大容量存储器；只有当数据不在高速缓存中的时候，才需要访问大容量非易失存储器；而且一旦一个大容量非易失存储器中数据被访问，它就会被拷贝到高速缓存中，以加速后续可能的重复访问。由于大容量非易失存储器的速度比处理器慢得太多，实际的高速缓存可能有2级甚至3级。
[0003]高速缓存大大提高了系统的性能，但代价是非常复杂的体系结构。就地执行是指处理器可以直接从非易失存储器中取指令和数据执行，是一种相对简单的体系结构，如图2所示。图2表示XIP存储其的结构，所谓的XIP是eXecute In Place的简写，即芯片就地执行，指应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。但是，Flash的存储器访问周期要比RAM大得多，在使用XIP技术后可能会降低程序的运行速度，不过由于CPU的指令预取机制以及Cache机制，实际使用起来并不会明显降低应用程序的运行速度。
[0004]现在多数XIP技术基本上用的都是NOR闪存，因为NOR闪存的传输效率很高，可以随机存取，在I?4MB的小容量时具有很高的成本效益。NOR闪存的缺点是容量小，写入和擦除速度慢。NAND闪存能供给极高的单元密度，写入和擦除的速度很快，而且擦写次数是NOR闪存的10倍左右。利用NAND闪存做XIP存储器的困难在于，由于一些电气特性的原因，NAND闪存只保证地址模块是好的，其他的块并不保证，固然出错的几率比较低，还是有出错的可能，因而代码可能无法继续准确地执行。
[0005]根据以上分析，如果能克服NAND闪存缺点，将NAND闪存应用于XIP存储器，不仅XIP的空间大幅增加，系统的成本也将大幅下降。
【发明内容】
[0006]本发明克服了现有技术中无法使用NAND闪存实现可就地执行的存储器的缺陷，提出了一种可就地执行的非挥发存储器。
[0007]本发明一种可就地执行的非挥发存储器，包括:存储芯片组，其包括至少一个闪存芯片，实现存储与读取数据；控制模块，其与所述存储芯片组连接，控制并实现在所述存储芯片组中读取指令与数据执行。
[0008]本发明提出的可就地执行的非挥发存储器中，所述闪存芯片为NAND闪存，所述NAND闪存中的存储单元串包括4个、8个或16个存储单元；所述闪存芯片通过局部位线与存储单元连接。
[0009]本发明提出的可就地执行的非挥发存储器中，所述局部位线上最多连接4096个所述存储单元。
[0010]本发明提出的可就地执行的非挥发存储器中，在所述存储芯片组中所述闪存芯片的数量为两个或两个以上时，所述闪存芯片上下堆叠设置。
[0011]本发明提出的可就地执行的非挥发存储器中，进一步包括至少一个电荷泵模块，所述存储芯片组与所述电荷泵模块连接，所述电荷泵模块为所述闪存芯片提供闪存擦除和编程所需的电压。
[0012]本发明提出的可就地执行的非挥发存储器中，所述控制模块包括协调处理单元，其实现测试功能和协调所述非挥发存储器的内部工作状态。
[0013]本发明提出的可就地执行的非挥发存储器中，所述控制模块包括存储管理单元，其监测所述存储芯片组的异常与损耗情况，和对所述闪存芯片进行纠错和平衡损耗。
[0014]本发明提出的可就地执行的非挥发存储器中，所述控制模块包括缓存单元，其使所述存储芯片组能进行批量的数据传输。
[0015]本发明提出的可就地执行的非挥发存储器中，所述控制模块进一步包括内核单元，所述内核单元实现所述控制模块的维护与升级。
[0016]本发明的整合了 NAND闪存工艺和高速的逻辑工艺各自的优势，实现大容量的基于NAND闪存可就地执行的快速非挥发存储器。本发明根据NAND闪存的电气特性，设计了NAND闪存的设置方式，克服NAND闪存的缺陷，使可就地执行的存储器的成本大幅度下降，且存储空间得到提闻。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为现有的小容量闻速缓存的不意图。
[0018]图2为现有的可就地执行存储器的结构示意图。
[0019]图3为本发明可就地执行的非挥发存储器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
[0021]本发明克服了 NAND闪存存在的电气特性的缺陷，通过以下结构获得可就地执行的非挥发存储器。本发明可就地执行的非挥发存储器由存储芯片组I及与其连接的控制模块2构成，如图3所示。
[0022]存储芯片组I中包括至少一个闪存芯片11。更为具体地，本发明中选用NAND闪存作为闪存芯片11。本实施例中，存储芯片组I可通过以下三种存储器结构中的一种或多种任意组合实现本发明的可就地执行的非挥发存储器。
[0023]1、通过减少闪存芯片11中存储单元串的存储单元数量至4个、8个或16个，从而提高闪存芯片11的驱动能力，提高数据读出速度。[0024]2、通过减少了局部位线上连接的存储单元的数量，每一根位线上的局部位线连接1024至4096个存储单元，从而减小了局部位线的长度及其电容，提高了存储芯片组I的数据读出速度。
[0025]3、本实施例还通过将闪存芯片11上下堆叠设置并配有至少一个电荷泵模块3。上下堆叠的闪存芯片11与同一个电荷泵模块3连接，上下堆叠的多个闪存芯片11共享一个电荷泵模块3，以减少芯片面积与芯片的功耗。优选地，为了减少上下堆叠的闪存芯片11之间的热串扰，同一时刻内只利用一个闪存芯片11进行数据读写。上下堆叠的闪存芯片11构成的存储芯片组I和电荷泵模块3均由先进的逻辑工艺实现的控制模块2实现控制。
[0026]本发明中，控制模块2采用硬件实现，由于使用的是比NAND工艺先进的逻辑工艺，控制模块2的面积很小，还补偿了为了提高读出速度而导致的存储芯片面积增加。如图3所示，控制模块2包含协调处理单元21。协调处理单元21根据非挥发存储器的环境自动设置内部参考电压和电流，补偿温度、工艺和电源电压变化对性能的影响，实现调节非挥发存储器内部的工作状态，提高了非挥发存储器工作的可靠性。协调处理单元21还实现了内嵌的测试功能，能大幅度缩减非挥发存储器的测试时间。
[0027]控制模块2还包含存储管理单元22。存储管理单元22监测与纠正存储芯片组I在工作中的情况与错误，其中包括对NAND闪存的纠错管理、坏块管理和损耗平衡等模式，以达到本发明可就地执行的非挥发存储器达到更高的处理速度。
[0028]控制模块2还包括缓存单元23。缓存单元23可使存储芯片组I在传输数据时能实现批量的数据传输。
[0029]控制模块2还包括一个内核单元24，以方便对控制模块2中的固件进行更新、定制和维护等。
[0030]采用本发明的方法，在相同的芯片面积条件下，可就地执行的存储容量可以增加2倍，随机读写速度可达100ns，顺序读写速度可达IOns ;本发明在满足可就地执行所需的速度的同时，增加了存储容量，减小了芯片成本。
[0031]本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。
【权利要求】
1.一种可就地执行的非挥发存储器，其特征在于，包括: 存储芯片组(I)，其包括至少一个闪存芯片(11)，实现存储与读取数据； 控制模块(2)，其与所述存储芯片组(I)连接，控制并实现在所述存储芯片组(I)中读取指令与数据执行。
2.如权利要求1所述的可就地执行的非挥发存储器，其特征在于，所述闪存芯片(11)为NAND闪存，所述NAND闪存中的存储单元串包括4个、8个或16个存储单元；所述闪存芯片(11)通过局部位线与存储单元连接。
3.如权利要求2所述的可就地执行的非挥发存储器，其特征在于，所述局部位线上最多连接4096个所述存储单元。
4.如权利要求1所述的可就地执行的非挥发存储器，其特征在于，在所述存储芯片组(I)中所述闪存芯片(11)的数量为两个或两个以上时，所述闪存芯片(11)上下堆叠设置。
5.如权利要求1所述的可就地执行的非挥发存储器，其特征在于，进一步包括至少一个电荷泵模块(3)，所述存储芯片组(I)与所述电荷泵模块(3)连接，所述电荷泵模块(3)为所述闪存芯片(11)提供闪存擦除和编程所需的电压。
6.如权利要求1所述的可就地执行的非挥发存储器，其特征在于，所述控制模块(2)包括协调处理单元(21)，其实现测试功能和协调所述非挥发存储器的内部工作状态。
7.如权利要求1所述的可就地执行的非挥发存储器，其特征在于，所述控制模块(2)包括存储管理单元(22)，其监测所述存储芯片组(I)的异常与损耗情况，和对所述闪存芯片(II)进行纠错和平衡损耗。
8.如权利要求1所述的可就地执行的非挥发存储器，其特征在于，所述控制模块(2)包括缓存单元(23)，其使所述存储芯片组(I)能进行批量的数据传输。
9.如权利要求1所述的可就地执行的非挥发存储器，其特征在于，所述控制模块(2)进一步包括内核单元(24)，所述内核单元(24)实现所述控制模块(2)的维护与升级。
【文档编号】G11C16/06GK103617809SQ201310656045
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】易敬军, 陈邦明 申请人:上海新储集成电路有限公司