[发明专利]一种磁性随机存储器及其读操作方法

说明书

本发明公开了一种磁性随机存储器及其读操作方法，采用差分的方式，组合了速度和功耗方面的优势，并且实现了高密度，即一个位单元仅包括一个磁性随机存储器单元，同时提供大规模内存单元的能力，缘于高读操作容限和高物理密度。本发明的主要目的是提供能够高速读和/或低读功耗(超过2倍于业界最高平均水平)的大规模高密度的磁性随机存储器。本发明所述技术方案可用于快速，低功耗执行的嵌入式类闪存式磁性随机存储器，具有快速非易失性的最外级高速缓存等。

技术领域

本发明涉及磁性随机存储器领域，尤其涉及一种磁性随机存储器及其读操作方法。

背景技术

磁性随机存储器MRAM发明至今已获得很多关注，它在许多不同的芯片系统中获得应用，从MCU到更高级的SOC和处理器(AI，DSP等等)。多个半导体芯片制造厂也在制造MRAM。MRAM这种非易失性存储技术提供了非常高的写速度，非常低的写功耗，高密度，高保持时间以及高耐用性。MRAM产品如今能够在最新的工艺技术节点(2x纳米及以下)上替代和超越闪存Flash技术，MRAM的下一步发展应当是在具备非易失性的功能的基础上取代SRAM或DRAM。

然而，MRAM现阶段还有一些地方没有达到SRAM和DRAM的性能(如读写延迟和功耗)，现有技术主要集中在材料和制造工艺方向上改进MRAM的写操作(如自旋轨道矩SOT，电压控制的磁各向异性VCMA，低保持等等)。但是，无论采用何种现有技术来提高写效率，读操作的速度和功耗仍受限于DR/R(两状态间的电阻比值)。在嵌入式闪存(本地执行XIP)、缓存(比如最外级高速缓存LLC)、深度神经网络DNN的内存上处理或权重缓冲器等领域，读操作的效率/速度比写操作更重要。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种磁性随机存储器及其读操作方法，提高MRAM的读效率。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提高MRAM的读效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种磁性随机存储器，包括：

存储阵列，所述存储阵列包含多个存储单元；

额外的存储单元，所述额外的存储单元被配置为由软件定义的位单元参考；

感测放大器，所述感测放大器用于检测具有特征的额外的存储单元，以及用于具有特征的额外的存储单元和其他所述存储单元的差分读操作；

动态数据选择器，所述动态数据选择器用于在所述存储阵列中重映射除所述具有特征的额外的存储单元的地址以外的存储单元的地址；

专用存储区，所述专用存储区用于存储所述具有特征的额外的存储单元的地址；

存储控制器，所述存储控制器具有缓冲区，所述存储控制器用于加速和映射所述具有特征的额外的存储单元的地址。

进一步地，所述特征为所述额外的存储单元在平行状态下的电阻值在其所在的行中所有的存储单元的电阻值为最高。

进一步地，所述感测放大器的感测时间是可编程的。

进一步地，所述专用存储区为磁性随机存储器的标准阵列。

进一步地，所述存储控制器具有内建扫描测试功能。

进一步地，所述缓冲区为SRAM。

进一步地，所述感测放大器还用于在非平行状态下除所述具有特征的额外的存储单元以外的所述存储单元的读操作。

本发明还提高了一种磁性随机存储器的读操作方法，包括以下步骤：

在包含额外的存储单元的存储阵列中，通过感测放大器识别在平行状态下在其所在的行中所有的存储单元的电阻值为最高的存储单元；

将这个电阻值为最高的存储单元的地址存储在缓冲区中；