[发明专利]一种带有独立数据搬移通道的复合存储阵列及其数据调度方法

说明书

本发明涉及一种带有独立数据搬移通道的复合存储阵列及其数据调度方法，主要包括逻辑控制模块、地址解析模块、读写驱动感应电路、SRAM阵列、NVM阵列、数据搬移地址解析模块、数据搬移地址驱动模块；本发明具备更高的芯片集成度，降低了成本，也降低了数据搬移延时和功耗。另外，提供了一种带有独立数据搬移通道的复合存储阵列的数据调度方法，可随时根据其所存储的数据热度不同，选择由内部数据搬移通道将数据搬移至NVM阵列存储，并关闭完成数据搬移的SRAM单元阵列电源以降低复合模块能耗，数据搬移过程始终在后台进行，与复合模块的正常读写过程同步，通过这种数据调度的方式可以实时降低复合存储阵列模块能耗。

技术领域

本发明涉及半导体存储技术领域，尤其涉及一种带有独立数据搬移通道的复合存储阵列及其数据调度方法。

背景技术

在物联网领域和穿戴式设备等许多应用场景中，对集成电路的功耗要求非常严格，以满足长距离微波供电或者长期难以更换电池等应用需求。因此，在集成电路设计时，除了采用更小的半导体工艺节点以降低逻辑电路的功耗外，还需要综合考虑存储器(包括运行内存和程序存储器)的读写功耗，在存储器的动态运行功耗和静态待机功耗之间做出合理优化，以降低整体能耗。这个优化的过程同时需要考虑到应用的动态/静态运行时间比，以及不同功耗模式之间转换所需的时间，以不影响系统整体性能。

目前主流的半导体存储器解决方案，普遍采用静态随机存储器(SRAM)作为系统运行内存，采用闪存存储器(FLASH memory)作为程序存储器。在系统处于运行状态时，程序和数据都存在SRAM中，逻辑处理单元与SRAM直接交互，而由于SRAM属于易失性存储器，掉电则数据丢失，因此系统无论处于运行状态，还是待机状态，SRAM存储器都处于上电工作状态，以保证数据不丢失，只有当系统确认关闭之前，才会将SRAM中的所有必要数据写回FLASH中稳定存储。因此，SRAM的动态功耗和静态功耗成为了系统运行状态时，存储器的主要能耗来源。

由于SRAM的静态功耗较大，德州仪器曾提出的方案(S.Khanna et al,Solid-State Circuits Conference(ISSCC),2013)以降低系统静态功耗：该方法利用铁电(FRAM)存储器与SRAM存储器组合，当系统处于空闲状态时，系统的逻辑处理单元负责将SRAM中的数据整体搬移到FRAM存储器中，利用FRAM的非易失性存储数据，搬移完成后关闭SRAM存储器和FRAM存储器以将系统静态功耗降到最低。但该方法的缺点是：每次搬移数据都需要将SRAM中的数据整体搬移进FRAM中，不仅搬移过程能耗大，而且对于热数据和冷数据没有区别对待，往往会由于热数据始终在被使用而导致系统无法进入空闲状态，从而未被使用的冷数据也长期无法搬入FRAM中以降低能耗，或者热数据频繁在FRAM和SRAM中来回搬移，无用能耗过多；同时，所有的搬移过程需要占用系统本身的逻辑处理单元负责，对系统运行产生中断性影响，而且FRAM存储器和SRAM存储器相互独立，均有各自的接口和读写驱动电路，从而导致该复合存储芯片面积过大，数据来回搬移的延时和功耗大。

发明内容

本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种带有独立数据搬移通道的复合存储阵列，主要包括逻辑控制模块、地址解析模块、读写驱动感应电路、SRAM阵列、NVM阵列、数据搬移地址解析模块、数据搬移地址驱动模块；本发明具备更高的芯片集成度，降低了成本，也降低了数据搬移延时和功耗。

本发明另一目的在于提供一种带有独立数据搬移通道的复合存储阵列的数据调度方法，可随时根据其所存储的数据热度不同，选择由内部数据搬移通道将数据搬移至NVM阵列存储，并关闭完成数据搬移的SRAM单元阵列电源以降低复合模块能耗，数据搬移过程始终在后台进行，与复合模块的正常读写过程同步，通过这种数据调度的方式可以实时降低复合模块能耗。