[发明专利]一种解决STT-RAM缓存写失败的方法

说明书

本发明提供一种解决STT‑RAM缓存写失败的方法，在纠错码的纠错能力与存储代价之间取得平衡。本发明包括如下步骤:S1、发起写数据操作时，确定将写的目标缓存块后，读出目标缓存块的旧数据按位与新数据按位比较后，计算统计当前数据位对应的STT‑RAM单元将发生0到1的切换的总数据位数n；S2、比较n与阀值K_th，如果n大于K_th，则采用扩展纠错码进行纠错，如果n小于等于K_th，则采用默认纠错码进行纠错；S3、写缓存块时，设置目标缓存块标签的标志位，标识目标缓存块的纠错码类型；S4、读取缓存块数据时，同时读取缓存块标签的标志位，根据标志位确定所采用的纠错码类型，将缓存块发往对应的纠错码解码器纠错。

技术领域

本发明涉及一种解决STT-RAM缓存写失败的方法。

背景技术

相比于传统的SRAM存储器，Spin Transfer Torque RAM(STT-RAM)作为一种新型存储器具有静态能耗低、存储密度高、读速度快以及与CMOS技术兼容性好等优点，因此STT-RAM有望成为计算机的下一代片上缓存。但STT-RAM也存在明显的劣势，其中包括写失败。STT-RAM存储单元主要是磁隧道结(MTJ)，其中主要包括参照层和自由层。参照层的磁化方向水平固定，而自由层的磁化方向要么与参照层同向，要么反向。参照层与自由层的磁化方向反向或者同向时，磁隧道结呈现低或高两种电阻态，分别表示逻辑值0或1。因此，向STT-RAM单元写入数据，本质上改变自由层的磁化方向。

写数据时，如果新数据与STT-RAM存储单元原来的数据相异，则需要改变自由层的磁化方向。主要是向STT-RAM单元注入写电流I_write，并保持t_write时间来改变自由层的磁化方向，但磁化方向有可能不改变，即写操作存在一定的失败可能性，这种现象称为写失败。单个STT-RAM单元写失败的概率很小，但写入缓存块的数据与旧数据相异的数据位数较多时，则可能发生写失败的数据位数也会较多。另外，STT-RAM存储单元从逻辑值0到1的写失败发生概率要比从1到0的写失败大100倍。因此，缓存块的写失败数据位数与新旧数据之间从逻辑值0到1的切换的数据位数成正比。

写失败的传统解决方式是采用纠错码。只要缓存块中写失败的错误数据位数不超过纠错码的纠错能力，则写操作成功；如果要写入的新旧数据之间相异的数据位数很多，则缓存块中出现的写失败错误位数过多，纠错码无法纠正错误数据，影响程序的正常运行。导致上述问题的主要原因是缓存块的纠错码数据位数固定，纠错能力恒定；而缓存块的新旧数据相异位数存在明显差异。不同的缓存块，不同的写更新状态，需要设置纠错能力不同的纠错码。如果都采用强纠错能力的纠错码，则存储代价过大；如果都采用默认纠错能力的纠错码，则纠错能力不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种解决STT-RAM缓存写失败的方法，在纠错码的纠错能力与存储代价之间取得平衡。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种解决STT-RAM缓存写失败的方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、发起写数据操作时，确定将写的目标缓存块后，读出目标缓存块的旧数据按位与新数据按位比较后，计算统计当前数据位对应的STT-RAM单元将发生0到1的切换的总数据位数n；

S2、比较n与阀值K_th，如果n大于K_th，则采用扩展纠错码进行纠错，如果n小于等于K_th，则采用默认纠错码进行纠错；

S3、写缓存块时，设置目标缓存块标签的标志位，标识目标缓存块的纠错码类型；

S4、读取缓存块数据时，同时读取缓存块标签的标志位，根据标志位确定所采用的纠错码类型，将缓存块发往对应的纠错码解码器纠错。