[发明专利]具有直接存取的多级存储器

说明书

本申请是申请日为2011年12月29日、申请号为201180075995.2、发明名称为“具有直接存取的多级存储器”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及实现具有直接非易失性存取的多级存储器子系统。

背景技术

相变存储器和开关（PCMS）是作为在现今的固态存储设备中普遍存在的NAND非易失性存储装置的后继而在开发中的非易失性存储技术。PCMS提供比NAND闪速高得多的性能，并且事实上开始接近当前在大多数客户端计算设备中被用作主要动态存储装置的动态随机存取存储器（DRAM）的性能点。虽然PCMS存储装置最初可能比NAND存储装置每比特更加昂贵，但预测该关系随时间而改变，直至最后PCMS与NAND相比是较不昂贵的。

附图说明

以下描述和附图用来图示本发明的实施例。在附图中：

图1图示出典型计算机系统的实施例。

图2图示出计算机系统中的简单两级存储器实现的实施例。

图3图示出基于多级存储器的系统的实施例，其中动态随机存取存储器被用作用于非易失性随机存取存储器的缓存。

图4图示出说明动态随机存取存储器缓存的一部分的专门化使用的基于多级存储器的系统的实施例。

图5图示出用于处理器的物理可寻址存储器空间的较低4GB。

图6图示出将一部分用于远存储器且将另一部分用于存储装置的经双分区的非易失性随机存取存储器的实施例。

图7图示出地址重定向表的实施例，其提供用于将页面粒度的平台物理地址和逻辑块地址映射到物理非易失性随机存取存储器设备中不断改变的页面中的功能性。

图8图示出地址重定向表的实施例，其用以将平台物理地址和逻辑块地址映射到非易失性随机存取存储器中，其不具有用于存储装置使用存储器使用的非易失性随机存取存储器的预先指定的物理线性部分。

图9是允许驻留在特定类型的设备中的非易失性存储页面被直接映射到软件应用的地址空间中的过程的实施例的流程图。

图10图示出使用页面空写策略的PCMS页面清除过程的实施例。

图11图示出用于向在幻像（phantom）地址空间中可用的PCMS页面写数据的写机制的过程流的实施例。

图12图示出从功率/性能角度来看允许PCMS页面被高效写入的机制的实施例。

图13图示出允许存储器和存储装置指定之间的非易失性随机存取存储器页面的一致移动的机制的实施例。

图14图示出用以支持消除不必要PCMS平面过渡的过程的过程和伴随机制（即硬件逻辑）的实施例。

图15图示出结合了具有基于直接存取的存储器子系统的多级存储器的计算设备的实施例。

具体实施方式

诸如PCMS非易失性存储之类的技术的组合，随着集成电路中晶体管的尺寸减小和性能增加，可以允许芯片上系统（SoC）架构利用该机会而在实现低成本、低功率以及高性能解决方案的新组合的同时创建令人激动的新系统。该进展是基于对现有存储器层级的修订，其建立被部署在低成本智能电话、平板电脑、笔记本电脑或其它形式的移动计算设备中的静态随机存取存储器（SRAM）、动态RAM（DRAM）以及非易失性存储装置的量之间的不同平衡。存在许多类型的非易失性存储装置，尽管根据所述的许多实施例，利用非易失性随机存取存储器（NVRAM）存储装置并在下面更详细地描述。

1. 非易失性随机存取存储器概述

存在用于NVRAM的许多可能技术选择，包括相变存储器（PCM）、相变存储器和开关（PCMS）（后者是前者的更特定实现）、字节可寻址持久性存储器（BPRAM）、存储类存储器（SCM）、通用存储器、Ge2Sb2Te5、可编程金属化单元（PMC）、电阻性存储器（RRAM）、重置（RESET）（非晶质）单元、设置（SET）（晶质）单元、PCME、奥弗辛斯基（Ovshinsky）存储器、铁电存储器（也称为聚合物存储器和聚（N-乙烯基咔唑））、铁磁存储器（也称为自旋电子学、SPRAM（自旋转移矩RAM））、STRAM（自旋隧穿RAM）、磁阻存储器、磁存储器、磁随机存取存储器（MRAM）以及半导体-氧化物-氮化物-氧化物半导体（SONOS，也称为电介质存储器）。

NVRAM具有以下特性：

• 其维持其内容，即使功率被移除，类似于在固态盘（SSD）中所使用的FLASH（闪速）存储器，并且不同于是易失性的SRAM和DRAM；