[发明专利]电阻式存储器的低功率写和读操作的装置

说明书

背景技术

具有非易失性的片上嵌入式存储器可以实现能量和计算效率。若干新型固态高密度非易失性存储器使用具有可变电阻的存储器元件来存储信息。自旋转移力矩-磁性随机存取存储器（STT-MRAM）的电阻取决于两个磁性层的相对磁化极性。其他可变电阻存储器包括电阻式RAM（ReRAM）和传导桥接RAM（CbRAM），其的电阻取决于传导路径通过电介质或电解质的形成和消除。还存在相变存储器（PCM），对于其单元的电阻率取决于硫族化物的结晶态或无定形态。

图1图示对于STT-MRAM的双端1T-1MTJ（磁性隧道结）位单元100。位单元100包括存取晶体管M1和MTJ设备。MTJ设备是STT-MRAM的存储元件，其包括钉扎磁性层和自由磁性层。自由磁性层磁化取向可以随着写电流方向而改变。如果写电流从自由磁性层流到钉扎磁性层，自由磁性层磁化与钉扎磁性层对准并且MTJ设备处于具有低电阻的并行态（R_P）。如果写电流从钉扎磁性层流到自由磁性层，自由磁性层磁化方向与钉扎磁性层相对并且MTJ设备处于具有高电阻的反并行（R_AP）态。

对于这些电阻性存储器，读操作一般比写操作更快，并且写电流一般大于读电流。与消耗瞬态写功率的SRAM（静态随机存取存储器）和DRAM（动态随机存取存储器）不同，电阻式存储器仍消耗静态写功率而不管单元在写操作期间是否被翻转。这些电阻式存储器的读功率根据读传感器的实现而也可以是静态的。减少读和写能量以便满足高性能和低功率应用的目标对于电阻式存储器是个挑战。

附图说明

将从下文给出的详细描述以及本发明的各种实施例的附图更充分地理解本发明的实施例，然而，它们不应视为使本公开局限于特定实施例，而只是为了解释和理解。

图1图示对于STT-MRAM的双端1T-1MTJ位单元。

图2是对于电阻式存储器的常规写路径。

图3是根据本公开的一个实施例的时域中的数据驱动写路径。

图4是根据本公开的一个实施例的电流域（current domain）中的数据驱动写路径。

图5是根据本公开的一个实施例对于电流域中的据驱动写路径的可变强度写驱动器。

图6是根据本公开的一个实施例使图3-5的任何或全部实施例与在写操作之前执行读操作的逻辑结合的阵列架构。

图7是根据本公开的一个实施例具有自控写操作的写路径架构。

图8是根据本公开的一个实施例具有自控读操作的读路径架构。

图9A是根据本公开的一个实施例具有自控读操作的读路径架构的源线逻辑。

图9B是根据本公开的一个实施例具有自控读操作的读路径架构的超前/滞后检测器。

图10是示出根据本公开的一个实施例具有自控读操作的读路径架构的操作的标绘图。

图11是根据本公开的一个实施例具有参考图3-10描述的读和写设计架构中的任一个的智能设备或计算机系统或SoC（片上系统）。

具体实施例

实施例描述对于低功耗的电阻式存储器的写和读操作及设计技术。在一个实施例中，数据驱动写装置用于降低电阻式存储器中的写操作功率。在这样的实施例中，Write0与Write1之间的不对称写开关电流用于降低写操作的功率。例如，写操作中在总写能量的25%与37%之间的功率节省由装置实现。

在下列实施例中，术语“Write0”指将逻辑低写入存储器元件的写操作，并且“Write1”指将逻辑高写入存储器元件的写操作。在一个实施例中，装置用于在写操作之前执行读操作。在这样的实施例中，不必要的写通过使用初始低功率读操作而避免。例如在30%范围内的功率节省可在读/写比是50/50时实现。

在一个实施例中，提供装置来执行自控写操作。在该实施例中，位单元（即，选择要写入的位单元）一翻转就停止写操作。在一个实施例中，提供装置来执行自控读操作。在该实施例中，一检测到数据就停止读操作。在读功率中例如在10%-25%范围内的功率节省可由装置实现来执行自控读操作。

尽管对于电阻式存储器技术的基础存储器元件变化，用于读和写的方法在电气上相似并且被实施例所包含。实施例可以组合来对电阻式存储器实现最佳能量节省。