一種面向相變存儲的非均勻糾錯方法及相變存儲裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本申請涉及相變存儲領(lǐng)域，尤其涉及一種面向相變存儲的非均勻糾錯方法及相變 存儲裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 相變存儲器(PhaseChangeMemory:PCM)是一種基于硫系化合物（例如Ge2Sb2Te5， 以下簡稱GST)作為相變材料的非易失型存儲器。如圖1所示，為一種相變存儲器存儲單元的 典型結(jié)構(gòu)，其主要包括頂部電極、相變材料、熱絕緣體、電阻（加熱器）、底部電極。數(shù)據(jù)存儲 在位于中間的相變材料中。相變材料頂部通過頂部電極連接到位線(bit-1ine，BL)，底部電 極連接到控制端。當被持續(xù)時間不同、幅度不同的電流脈沖加熱時，相變材料可以在晶態(tài)和 非晶態(tài)之間轉(zhuǎn)化。當相變材料處于晶態(tài)時，其電阻值較低；當相變材料處于非晶態(tài)時，其電 阻值較高。這兩個不同狀態(tài)的電阻值之間相差數(shù)個數(shù)量級，同時掉電以后仍然會保持相應(yīng) 狀態(tài)，這使相變存儲器成為優(yōu)良的非易失存儲器。
[0003]因此，在相變存儲器中，數(shù)據(jù)的存儲是通過對相變材料的配置來實現(xiàn)的，存儲在相 變存儲器中的數(shù)據(jù)"〇"和"Γ就是利用相變材料在晶態(tài)和非晶的阻值差異來進行區(qū)分的，通 過對相變材料施加不同幅值與寬度的電流和電壓脈沖使其在晶態(tài)和非晶態(tài)之間轉(zhuǎn)變。然后 通過測量其阻值，并與參考閾值電阻比較得到其存儲的信息。又由于晶態(tài)和非晶態(tài)電阻存 在著數(shù)個數(shù)量級的電阻值的差異，因此可以通過不完全結(jié)晶化實現(xiàn)一個存儲單元中存儲多 位數(shù)據(jù)(MultilevelPerCell,MLC)〇
[0004]相變存儲器存在讀寫串擾、結(jié)晶化、耐久性失效和阻值漂移等問題。實際讀寫中， 運用糾錯技術(shù)進行糾錯以保證數(shù)據(jù)讀寫和存儲的可靠性。一般使用存儲控制器完成糾錯、 存儲驅(qū)動、接口適配等功能，如圖2所示。
[0005]實際存儲中，阻值漂移是影響相變存儲的主要問題，其會使得相變存儲器中相變 材料的阻值會隨著時間的推移而發(fā)生變化。這時，相鄰存儲狀態(tài)所對應(yīng)的阻值范圍會出現(xiàn) 一定交疊，存儲時間越長，交疊部分越大，當讀取的阻值位于交疊區(qū)域時，不能直接判定其 存儲狀態(tài)，從而影響數(shù)據(jù)讀取的可靠性。因此阻值漂移會給相變存儲器的應(yīng)用帶來不利的 影響，主要表示為對相變存儲器的數(shù)據(jù)讀取時誤碼率的增加，讀出值判定錯誤等。在相變存 儲器中表示多位信息的存儲單元中（即多值存儲單元），由于其有效阻值范圍被劃分成多個 小的區(qū)域來表示多個信息值，每個信息值對應(yīng)的阻值范圍成倍縮小，因此相對二值存儲單 元，阻值漂移現(xiàn)象對其造成的影響將更為顯著，故而一個存儲單元中存儲的比特數(shù)越多則 由于阻值漂移信息其造成的誤碼率越大。
[0006]目前針對上述問題提出的糾錯方法有很多，其中一個糾錯效果較好的方法是基于 時稱感知糾錯的軟判決方法，具體如下：
[0007]對待存入數(shù)據(jù)進行編碼，將編碼后的數(shù)據(jù)寫入相變存儲器中，同時保存寫入時間， 在讀取數(shù)據(jù)時，通過上述寫入時間計算出數(shù)據(jù)存儲時間，根據(jù)存儲時間計算出阻值分布的 概率密函數(shù)，從而將整個阻值范圍劃分成大小相同的若干糾錯區(qū)域以完成阻值量化，計算 每一個數(shù)據(jù)比特的對數(shù)似然比，根據(jù)對數(shù)似然比進行糾錯譯碼。
[0008] 上述方法是將阻值分布范圍均勻劃分成若干范圍大小相同的糾錯區(qū)域(均勻量化 糾錯），為了保證在交疊比較大的部分也能夠正常讀取數(shù)據(jù)，保證誤碼率低于一可接接受的 范圍，需要將阻值分布范圍均勻劃分成數(shù)量較多的若干范圍大小相同的糾錯區(qū)域。因此，軟 判決譯碼需要的對數(shù)似然比信息也需要對相變存儲單元進行高精度的阻值量化讀取，從而 導(dǎo)致相變存儲器陣列與存儲控制器之間傳輸延遲的增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為解決上述均勻量化糾錯的問題，本申請?zhí)峁┮环N面向相變存儲的非均勻糾錯方 法及相變存儲裝置。
[0010] 根據(jù)本申請的第一方面，一種實施例提供一種面向相變存儲的非均勻糾錯方法， 其包括以下步驟：
[0011] 對待存入相變存儲器的數(shù)據(jù)進行糾錯編碼；
[0012] 將經(jīng)過糾錯編碼的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)寫入時間寫入相變存儲器；
[0013] 當讀取數(shù)據(jù)時，讀取數(shù)據(jù)對應(yīng)的寫入時間；
[0014] 根據(jù)寫入時間計算出數(shù)據(jù)在相變存儲器中的存儲時間；
[0015] 根據(jù)存儲時間計算各存儲狀態(tài)的阻值分布的交疊邊界，以確定阻值交疊區(qū)域；
[0016] 計算各阻值交疊區(qū)域的熵；
[0017] 將所有阻值交疊區(qū)域劃分成熵大致相等的若干糾錯區(qū)域，其中非阻值交疊區(qū)域為 非糾錯區(qū)域；
[0018] 計算各糾錯區(qū)域的對數(shù)似然比；
[0019] 判斷讀取的數(shù)據(jù)的阻值位于哪一區(qū)域，當位于糾錯區(qū)域時，根據(jù)此糾錯區(qū)域的對 數(shù)似然比，對讀取的數(shù)據(jù)進行糾錯譯碼;當位于非糾錯區(qū)域時，對讀取的數(shù)據(jù)不進行糾錯。
[0020] 另一種實施例還提供另一種面向相變存儲的非均勻糾錯方法，包括以下步驟：
[0021 ]預(yù)先設(shè)置若干存儲時間；
[0022] 對于每一個預(yù)先設(shè)置的存儲時間:根據(jù)此存儲時間計算各存儲狀態(tài)的阻值分布的 交疊邊界，以確定阻值交疊區(qū)域;計算各阻值交疊區(qū)域的熵;將所有阻值交疊區(qū)域劃分成熵 大致相等的若干糾錯區(qū)域，其中非阻值交疊區(qū)域為非糾錯區(qū)域;計算各糾錯區(qū)域的對數(shù)似 然比；
[0023] 對待存入相變存儲器的數(shù)據(jù)進行糾錯編碼；
[0024] 將經(jīng)過糾錯編碼的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)寫入時間寫入相變存儲器；
[0025] 當讀取數(shù)據(jù)時，讀取數(shù)據(jù)對應(yīng)的寫入時間；
[0026] 根據(jù)寫入時間計算出數(shù)據(jù)在相變存儲器中的存儲時間；
[0027] 將所述計算出的存儲時間，與預(yù)先設(shè)置的若干存儲時間比較，得到一與所述計算 出的存儲時間最接近的預(yù)先設(shè)置的存儲時間，并依此獲得對應(yīng)的糾錯區(qū)域范圍；
[0028] 判斷讀取的數(shù)據(jù)的阻值位于所述最接近的預(yù)先設(shè)置的存儲時間下的哪一區(qū)域，當 位于糾錯區(qū)域時，根據(jù)此糾錯區(qū)域的對數(shù)似然比，對讀取的數(shù)據(jù)進行糾錯譯碼；當位于非糾 錯區(qū)域時，對讀取的數(shù)據(jù)不進行糾錯。
[0029] 根據(jù)本申請的第二方面，一種實施例提供一種相變存儲裝置，包括：
[0030]糾錯編碼器，用于對待存入相變存儲器的數(shù)據(jù)進行糾錯編碼；
[0031]存儲控制器，用于將經(jīng)過糾錯編碼的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)寫入時間寫入一相變存儲器； [0032]存儲時間計算單元，用于當讀取數(shù)據(jù)時讀取數(shù)據(jù)對應(yīng)的寫入時間，以根據(jù)寫入時 間計算出數(shù)據(jù)在相變存儲器中的存儲時間；
[0033]阻值交疊區(qū)確定單元，用于根據(jù)存儲時間計算各存儲狀態(tài)的阻值分布的交疊邊 界，以確定阻值交疊區(qū)域；
[0034]熵計算單元，用于計算各阻值交疊區(qū)域的熵；
[0035]糾錯區(qū)域劃分單元，用于將所有阻值交疊區(qū)域劃分成熵大致相等的若干糾錯區(qū) 域，其中非阻值交疊區(qū)域為非糾錯區(qū)域；
[0036]對數(shù)似然比計算單元，用于計算各糾錯區(qū)域的對數(shù)似然比；
[0037]阻值量化單元，用于判斷讀取的數(shù)據(jù)的阻值位于哪一區(qū)域；
[0038]糾錯譯碼器，用于當判斷的結(jié)果為讀取的數(shù)據(jù)的阻值位于糾錯區(qū)域時，根據(jù)此糾 錯區(qū)域的對數(shù)似然比，對讀取的數(shù)據(jù)進行糾錯譯碼；當位于非糾錯區(qū)域時，對讀取的數(shù)據(jù)不 進行糾錯。
[0039]另一實施例提供另一種相變存儲裝置，包括：
[0040]糾錯編碼器，用于對待存入相變存儲器的數(shù)據(jù)進行糾錯編碼；
[0041]存儲控制器，用于將經(jīng)過糾錯編碼的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)寫入時間寫入一相變存儲器；
[0042]存儲時間計算單元，用于當讀取數(shù)據(jù)時讀取數(shù)據(jù)對應(yīng)的寫入時間，以根據(jù)寫入時 間計算出數(shù)據(jù)在相變存儲器中的存儲時間；
[0043]存儲時間判斷單元，預(yù)先設(shè)置若干存儲時間，用于將所述計算出的存儲時間，與預(yù) 先設(shè)置的若干存儲時間比較，得到一與所述計算出的存儲時間最接近的預(yù)先設(shè)置的存儲時 間；
[0044]第一查找表，存儲有每一個預(yù)先設(shè)置的存儲時間下的糾錯區(qū)域范圍，其中，糾錯區(qū) 域范圍通過以下方式計算:對于每一個預(yù)先設(shè)置的存儲時間：根據(jù)此存儲時間計算各存儲 狀態(tài)的阻值分布的交疊邊界，以確定阻值交疊區(qū)域;計算各阻值交疊區(qū)域的熵;將所有阻值 交疊區(qū)域劃分成熵大致相等的若干糾錯區(qū)域，其中非阻值交疊區(qū)域為非糾錯區(qū)域；
[0045]第二查找表，存儲有與第一查找表中每一個預(yù)先設(shè)置的存儲時間下的各糾錯區(qū)域 范圍對應(yīng)的對數(shù)似然比；
[0046]阻值量化單元，用于判斷讀取的數(shù)據(jù)的阻值位于所述第一查找表中所述最接近的 預(yù)先設(shè)置的存儲時間下的哪一區(qū)域；
[0047]糾錯譯碼器，用于當判斷的結(jié)果為讀取的數(shù)據(jù)的阻值位于糾錯區(qū)域時，根據(jù)所述 第二查找表中此糾錯區(qū)域的對數(shù)似然比，對讀取的數(shù)據(jù)進行糾錯譯碼；當位于非糾錯區(qū)域 時，對讀取的數(shù)據(jù)不進行糾錯。
[0048]本申請的有益效果是：
[0049]依上述實施的面向面向相變存儲的非均勻糾錯方法及相變存儲裝置，通過計算確 定阻值交疊區(qū)域以及各交疊區(qū)域的熵，將所有阻值交疊區(qū)域劃分成熵大致相等的若干糾錯 區(qū)域，從而使得熵較大的交疊區(qū)域劃分有較多的糾錯區(qū)域，熵較小的交疊區(qū)域劃分有較少 的糾錯區(qū)域，因此在相同誤碼率性能的要求下，本申請非均勻量化糾錯所需的糾錯區(qū)域少 于均勻量化糾錯，阻值量化后的數(shù)據(jù)長度更短，使得相同誤碼率性能的要求下，本申請延遲 較小，同時硬件開銷也小。
[0050]依上述實施的面