具有可重写原地存储器的数据存储设备制造技术

本发明专利技术题为“具有可重写原地存储器的数据存储设备”。一种非易失性存储器可驻留在数据存储设备中。所述非易失性存储器可由具有读写不对称的可重写原地存储器单元组成。所述非易失性存储器可用所述数据存储设备的选择模块划分为第一组层级，然后再通过将所述非易失性存储器改为第二组层级来适应事件。所述第一组层级和所述第二组层级是不同的。

【技术实现步骤摘要】
具有可重写原地存储器的数据存储设备
技术实现思路
根据各种实施方案，一种数据存储设备具有非易失性存储器，该非易失性存储器由具有读写不对称的可重写原地存储器单元组成。该非易失性存储器用数据存储设备的选择模块划分成第一组层级，然后再通过将非易失性存储器改变为第二组层级来适应事件。第一组层级和第二组层级是不同的。附图说明图1显示了可在其中实施各种实施方案的示例数据存储系统的框图。图2A和图2B分别表示可用于图1的数据存储系统的示例数据存储设备的各部分。图3A至图3C分别描绘了可用于图1的数据存储系统的示例存储器单元的各部分。图4绘制了与图1的数据存储系统相关联的示例操作数据。图5A和图5B分别示出了根据各种实施方案操作的示例数据存储设备的各部分。图6示出了根据一些实施方案布置的示例数据存储设备的各部分的框图。图7是根据各种实施方案配置的示例数据存储设备的各部分的框图。图8显示了可用于图1的数据存储系统的示例数据存储设备的一部分的框图。图9描绘了根据一些实施方案布置的示例数据存储设备的一部分的框图。图10A至图10D分别表示根据各种实施方案形成的示例光刻组件的一部分。图11是根据一些实施方案的用图1的数据存储系统执行的示例原地存储器利用例程的流程图。具体实施方式随着越来越多的数据的生成、传输和存储，数据存储的速度、成本、大小和寿命变得越来越紧张。虽然采用旋磁介质的硬盘驱动器(HDD)能够长时间可靠地存储数据，但由于物理尺寸相对较大且数据访问速度较慢，妨碍了HDD在很多计算设备中的使用。固态驱动器，其采用了NAND闪存存储器，可提供与HDD相比，更快的数据访问速度和更小的物理尺寸，但成本更高，寿命更短。重复地写入、移动和删除数据以努力减少数据访问延迟的数据管理结构和方案加剧了闪存存储器的相对较短的寿命。闪存存储器不是位可寻址也不是字节可寻址的，而仅仅是页面/扇区可寻址的这一事实缩短了存储器的寿命，并引起与位可寻址/字节可寻址的易失性存储器相比，复杂的数据管理和相对更长的数据访问时间。然而，要求易失性存储器持续有能力保持数据会限制这些类型的存储器在数据存储设备中的潜在适用性。因此，各种实施方案大体涉及利用享有比闪存存储器更快的数据访问速度、比HDD更小的物理尺寸和非易失性数据保留的可重写原地存储器的数据存储结构和操作。能够以相对较快的数据访问速度将数据存储在非易失性存储器中会允许各种各样的数据管理结构和方案来优化数据保持、读取和写入。同时，可重写原地存储器的相对较小的物理尺寸允许数据存储设备足够小以便在诸如智能手机和平板电脑的现代计算设备中实现，同时足够稳健以用于大型数据容量中心。图1显示了可在其中实施本公开的各种实施方案的示例数据存储系统100。系统100可将任何数量的的数据存储设备102经由有线和/或无线网络连接到任何数量的主机104。一个或多个网络控制器106可以是基于硬件或软件的，并且向所连接的各种数据存储设备102提供数据请求处理和分配。应当指出的是，多个数据存储设备102可以是具有不同数据容量、操作参数和数据访问速度的类似或相异类型的存储器。在一些实施方案中，系统100的至少一个数据存储设备102具有本地处理器108诸如微处理器或可编程控制器，该本地处理器连接到片上缓冲器110诸如静态随机存取存储器(SRAM)和片外缓冲器112诸如动态随机存取存储器(DRAM)和非易失性存储器阵列114。图1的非限制性实施方案布置非易失性存储器阵列114，该非易失性存储器阵列包括NAND闪存存储器，该NAND闪存存储器部分地示意性地示出为其中第一位线(BL1)和第二位线(BL2)随第一字线(WL1)和第二字线(WL2)以及第一源线(SL1)和第二源线(SL2)一起操作，以写入和读取存储在第一闪存单元116、第二闪存单元118、第三闪存单元120和第四闪存单元122中的数据。应当指出的是，相应的位线与第一存储页面124和第二存储页面126相对应，这些页面是存储器阵列114的最小分辨率。也就是说，闪存存储器的构造会防止闪存单元可在原地单独重写，而是可逐页重写。如此低的数据分辨率以及与其中单元是位可寻址同时可单独访问且可原地重写的存储器相比，闪存存储器在多个写入/重写周期后耗尽的事实与多个性能瓶颈和操作效率低下相对应。因此，各种实施方案涉及将位可寻址的可重写原地存储器实现为数据存储设备102，该数据存储设备可以是分布式网络数据存储系统100的一部分。图2A和图2B表示根据各种实施方案的可用于数据存储设备的示例存储阵列140的各部分。存储器阵列140具有多个单独的存储器单元142，这些存储器单元沿Z轴竖直地堆叠，作为三维阵列的一部分。虽然可以设想的是，可以利用存储器单元142的单个芯片，但这种配置已使数据容量减少并且未能利用所有可用空间。因此，各种实施方案竖直地堆叠存储器单元142的多个芯片，这些芯片各自驻留在X-Y平面上。然而，竖直堆叠单元142不一定需要以图2A所示的方式竖直地对准。在NAND闪存存储器和其他固态数据存储单元的情况下，晶体管或其他单独的选择部件结合到每个单元中，这占用了宝贵的资源、消耗了额外的功率并增加了数据访问操作的延迟。存储器阵列140的每个存储器单元142都被构造为不具有晶体管或其他物理上分离的选择部件，而是具有与电阻单元146接触的选择层144。选择层144可以是单一材料或不同材料的叠层，以防止电流在预定时间流向电阻单元146，并允许电流在其他预定时间流向电阻单元146。作为非限制性示例，选择层144可以是金属-绝缘体转变(MIT)材料、双向阈值开关(OTS)或其他电压调节结构。如图1所示，将晶体管或其他选择部件包含在内与激活相应选择部件的源线相对应。有利于选择层144的任何选择部件的消除允许竖直堆叠存储器单元142可通过交叉点互连配置单独访问，其中位线(BL)随字线(WL)一起操作以访问一个或多个单元142。如线148所示，位线与字线之间诱导的电势差引起电流穿过单个存储器单元142。能够选择单个位(因此是位可寻址的)会允许存储器阵列140密集地封装单元而不用担心无意访问存储器单元142。应当指出的是，存储器单元142的构造提供相对较低的功耗，这与读取和/或写入操作期间未被选择且物理上相邻的单元142的低干扰风险相对应。图2B的顶视图传达存储器单元142可如何沿单个芯片相对于各种位线和字线定位。通过利用竖直堆叠存储器单元142之间的位线，可以减少控制互连的总数量，这提供了更密集封装的存储器阵列140。图3A至图3C分别传达能够用于存储器阵列140的示例非易失性电阻单元的线表示。图3A表示相变式电阻单元160，以硫化玻璃材料164占用电阻区域162，该硫化玻璃材料对电流做出反应以在非晶状态166、低电阻状态和结晶高电阻状态之间转变。多晶状态与非晶状态之间的切换可以可靠地有效循环。然而，对于相变电阻单元160，写入/切换电流可以相对较高。图3B表示长丝式电阻单元170，其中电阻区域162包括具有高电阻的材料，直到通过写入电流流过区域162引发一个或多个导电长丝172。长丝的形成可以是简便有效的，但可以设想的是，长丝可夹带在介电材料174中并减小高电阻状态与低电阻状态之间的余量。相变式电阻单元1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，所述装置包括驻留在数据存储设备中的非易失性存储器，所述非易失性存储器包括具有读写不对称的可重写原地存储器单元，所述非易失性存储器由所述数据存储设备的选择模块在事件之前划分为第一组层级并且在所述事件之后划分为第二组层级，所述第一组层级和所述第二组层级是不同的。

【技术特征摘要】
2017.05.30 US 15/607,8011.一种装置，所述装置包括驻留在数据存储设备中的非易失性存储器，所述非易失性存储器包括具有读写不对称的可重写原地存储器单元，所述非易失性存储器由所述数据存储设备的选择模块在事件之前划分为第一组层级并且在所述事件之后划分为第二组层级，所述第一组层级和所述第二组层级是不同的。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述可重写原地存储器单元包括与无晶体管的电阻单元接触的选择层。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述数据存储设备具有缓冲存储器，所述缓冲存储器是与所述非易失性存储器不同的一种不同类型的存储器。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述读写不对称与数据写入所述可重写原地存储器单元之后的停留时间相对应。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一组层级具有与所述第二组层级不同数量的层级。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一组层级和所述第二组层级各自虚拟化。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二组层级中的每个层级被分配给一定范围的物理块地址。8.根据权利要求7所述的装置，其中所述第二组层级的所述相应层级的所述范围是不同的且不重叠。9.一种方法，包括：激活驻留在数据存储设备中的非易失性存储器，所述非易失性存储器包括具有读写不对称的可重写原地存储器单元；用所述数据存储设备的选择模块将所述非易失性存储器划分为第一组层级；以及通过将所述非易失性存储器改为第二组层级来适应所述事件，所述第一组层级和所述第二组层级是不同的。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述事件是所述数据存储设备的操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·S·埃布森，M·伊什，T·卡内帕，
申请(专利权)人：希捷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US