[发明专利]使用动态冗余寄存器的存储器设备

说明书

公开了用于设备使用的动态冗余寄存器。所述动态冗余寄存器允许所述设备的存储体在高写错误率(WER)的情况下操作。将第一级冗余寄存器(e1寄存器)耦合到所述存储体。所述e1寄存器可存储已经验证失败或者未进行验证的数据字。所述e1寄存器将数据字传送到另一动态冗余寄存器(e2寄存器)。在进行预定次数的重写尝试之后，所述e1寄存器可以将未能写入的数据字传送到存储体。所述e1寄存器还可以在断电的情况下传送数据字。

技术领域

本专利文件涉及添加到设备的寄存器，更具体地，涉及添加到随机存取存储器(RAM)的寄存器。本文描述的方法和设备在自旋转移力矩磁存储器(STT-MRAM)设备中尤其有用。

背景技术

磁阻随机存取存储器(“MRAM”)是一种通过磁存储元件存储数据的非易失性存储器技术。这些磁存储元件是两个铁磁板或电极，它们可以保持磁场并由非磁性材料隔开，例如非磁性金属或绝缘体。通常，其中一个板具有其磁化固定(即，“参考层”)，这意味着该层具有比另一层更高的矫顽力(coercivity)并且需要更大的磁场或自旋极化电流来改变其磁化取向。第二板通常称为自由层，并且其磁化方向可以通过相对于参考层较小的磁场或自旋极化电流来改变。

MRAM器件通过改变自由层的磁化取向来存储信息。具体地，基于自由层相对于参考层是平行对齐还是反平行对齐，可以在每个MRAM单元(ce1l)中存储“1”或“0”。由于自旋极化电子隧穿效应，单元的电阻由于两层的磁化取向而改变。对于平行和反平行状态，单元的电阻将不同，因此单元的电阻可用于区分“1”和“0”。MRAM器件通常被认为是非易失性存储器设备，因为它们即使在断电时也能保持信息。两个板的横向尺寸可以是亚微米，并且磁化方向相对于热波动仍然可以是稳定的。

MRAM器件被认为是适用于各种存储器应用的下一代结构。基于自旋力矩转移切换的MRAM产品已经进入大型数据存储设备。自旋转移力矩磁随机存取存储器(“STT-MRAM”)具有固有的随机写机制，其中在任何给定的写周期上位具有一定的写失败概率。写失败通常是随机的，并且具有特征故障率。高的写错误率(WER)可能使存储器不可靠。

在存储器设备中，尤其是STT-MRAM中，用于验证和重写数据字(data words)的方法和系统是有益的。

发明内容及可申报的主题

在一实施例中，公开了一种具有动态冗余寄存器的设备。在一个方面，提供了一种包括随机存取存储器(RAM)设备的存储器设备，并且具体地是STT-MRAM设备。本公开提供了备用动态冗余寄存器，其允许设备在高的写错误率(WER)下操作。动态冗余寄存器允许对未能正确写入存储体(memory bank)的数据字进行验证、重写和重定位，通常不会丢失对吞吐量、速度或对随机访问寻址的限制。

在一个方面，本公开教导了一种耦合到e1寄存器的存储体。e1寄存器耦合到e2寄存器。e1寄存器存储要验证或重写到存储体的数据字。e1寄存器还存储存储体内数据字的关联地址。可以针对存储体内关联地址处的存储体中的数据字来验证e1寄存器中的数据字。如果系统写操作在存储体上失败，则可以通过将数据字从e1寄存器写入存储体来尝试重写操作。系统写操作失败的事实可以通过验证操作来确定。可以根据需要多次尝试从e1寄存器到存储体的重写操作以成功完成写操作，或者可以根本不尝试。在一个示例中，可以基于与重写尝试相关联的一个或更多个控制位来配置重写操作的数量。在一个方面，重写操作的数量可以基于每个存储体或基于存储体的每个部分来配置。这些控制位可以存储在e1寄存器中并与特定数据字相关联以及酌情进行通信和更新。