[发明专利]基于高效PCMS刷新机制的计算装置、方法和系统

说明书

技术领域

本发明大体上涉及计算机系统的领域。更特别地，本发明涉及用于实现包括非易失性存储器（memory）层的多级存储器层次结构的装置和方法。

背景技术

A. 当前存储器和储存器（storage）配置

现在，对于计算机创新的限制因素之一是存储器和储存器技术。在常规的计算机系统中，通常通过动态随机存取存储器(DRAM)来实现系统存储器（也称为主存储器、初级存储器、可执行存储器）。甚至当没有存储器读取或写入发生时，基于DRAM的存储器也消耗功率，这是因为其必须不断地对内部电容器进行再充电。基于DRAM的存储器是易失性的，这意味着一旦功率被移除则丢失存储在DRAM存储器中的数据。常规的计算机系统也依赖于多级高速缓存来改善性能。高速缓存是位于处理器和系统存储器之间的高速存储器，用以与存储器访问请求能够从系统存储器被服务相比更快地服务于存储器访问请求。通常利用静态随机存取存储器（SRAM)来实现此类高速缓存。高速缓存管理协议可以用来确保被最频繁地被访问的数据和指令被存储在高速缓存的级别之一内，从而减小存储器访问事务的数量并且改善性能。

关于大容量储存器（也称为二级储存器或者磁盘储存器），常规的大容量储存设备通常包括磁介质（例如，硬盘驱动）、光介质（例如，光盘(CD)驱动、数字通用盘(DVD)等等）、全息介质和/或大容量储存闪速存储器（例如，固态驱动（SSD）、可移除闪速驱动等等）。通常，这些储存设备被视为输入/输出(I/O)设备，这是因为它们由处理器通过实现各种I/O协议的各种I/O适配器来访问。这些I/O适配器和I/O协议消耗相当大量的功率并且能够具有对管芯（die）面积和平台的形状因数的显著影响。当未连接到永久的电源时具有有限电池寿命的便携式或者移动设备(例如，膝上型电脑、上网本、平板计算机、个人数字助理( PDA)、便携式媒体播放器、便携式游戏设备、数字摄像机、移动电话、智能电话、功能手机等等)可以包括通常经由低功率互连而耦合到处理器的可移除大容量储存设备（例如，嵌入式多媒体卡(eMMC)、安全数字(SD)卡）以及I/O控制器，以便满足活动和空闲功率预算。

关于固件存储器(诸如引导存储器(也称为BIOS闪速))，常规的计算机系统通常使用闪速存储设备来存储经常被读取但是很少（或从不）被写入的持久系统信息。例如，通常在闪速存储设备中存储由处理器在引导过程期间执行以初始化关键系统组件的初始指令（基本输入和输出系统(BIOS)映像）。当前在市场中可用的闪速存储设备通常具有有限的速度(例如，50 MHz)。该速度由用于读取协议的开销进一步降低(例如，2.5 MHz)。为了使BIOS执行速度加速，常规的处理器通常在引导过程的可预扩展固件接口（PEI）阶段期间对BIOS代码的部分进行高速缓存。处理器高速缓存的大小对PEI阶段中使用的BIOS代码（也称为“PEI BIOS代码”）的大小施加了限制。

B. 相变存储器(PCM)和相关技术

有时也称为相变随机存取存储器( PRAM或者PCRAM)、PCME、双向统一存储器，或者硫属化合物RAM( C-RAM)的相变存储器( PCM)是利用硫属化合物玻璃的独特行为的一种类型的非易失性计算机存储器。由于因电流的经过而产生的热量，硫属化合物玻璃能够在两种状态之间切换：晶体和非晶体。PCM的近期版本能够实现两种附加的不同状态。

PCM提供比闪速更高的性能，这是因为PCM的存储器元件能够更快速地切换，写入能够在不需要首先擦除单元的整个块的情况下进行（将单独的位改变为1或0），并且由于写入的退化较慢（PCM设备可以幸存大约1亿个写循环；PCM退化是由于编程期间的热膨胀、金属（和其他材料）迁移以及其他机制而造成的）。

附图说明

以下描述和附图用来说明本发明的实施例。在所述附图中：

图1图示了根据本发明的实施例的高速缓存和系统存储器布置；

图2图示了在本发明的实施例中采用的存储器和储存器层次结构；

图3图示了在其上可以实现本发明的实施例的计算机系统；

图4A图示了根据本发明的实施例的包括PCM的第一系统架构；

图4B图示了根据本发明的实施例的包括PCM的第二系统架构；

图4C图示了根据本发明的实施例的包括PCM的第三系统架构；

图4D图示了根据本发明的实施例的包括PCM的第四系统架构；

图4E图示了根据本发明的实施例的包括PCM的第五系统架构；