基于MLC NVM的寫能耗優(yōu)化策略研究與設(shè)計.pdf

1、隨著集成電路集成度的不斷增加、工藝尺寸的不斷微縮，靜態(tài)功耗已經(jīng)成為制約CMOS存儲器技術(shù)發(fā)展的主要瓶頸。這一問題在動態(tài)隨機(jī)存儲器（DRAM）以及靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM）上都十分突出。DRAM需要刷新操作來保持?jǐn)?shù)據(jù)，所以其靜態(tài)功耗占到整個DRAM功耗的40％以上。對于SRAM存儲單元，如果想將數(shù)據(jù)持續(xù)保存在存儲單元內(nèi)，就需要持續(xù)對存儲單元供電。
　　非易失性存儲器（NVM），是其中一種作為解決傳統(tǒng)存儲技術(shù)所遇到的技術(shù)瓶頸而研究的新

2、型存儲技術(shù)，它的主要特點(diǎn)就是斷電后數(shù)據(jù)依然可以保存在存儲單元內(nèi)。主流的非易失存儲技術(shù)有相變存儲器(PCM)和自旋轉(zhuǎn)移矩磁存儲器（STT-MRAM）等，它們具有高存儲密度，高可靠性，非易失性等特點(diǎn)。而且PCM有著與DRAM相近的存取延遲，其在未來有可能代替DRAM成為主存儲器;STT-MRAM有著略高于SRAM的存取延遲，近年來針對STT-MRAM的各項(xiàng)研究主要集中在其作為片上末級緩存的研究。
　　多級單元(MLC)就是在一個單元格

3、中存儲一個以上的bit，一般指存儲兩個。相較單級單元(SLC)，MLC可以有更高的存儲密度。MLC NVM與SLC NVM在物理結(jié)構(gòu)上并無本質(zhì)區(qū)別，同樣也幾乎沒有靜態(tài)能耗，但是，卻有著更高的動態(tài)能耗。本文針對MLC NVM動態(tài)寫能耗過高的問題進(jìn)行的優(yōu)化。對于MLCPCM以及MLC STT-MRAM，翻轉(zhuǎn)左位的平均能耗要比不翻轉(zhuǎn)左位的平均能耗高很多，另外，寫中間狀態(tài)‘01’與‘10’的平均能耗要高于寫‘00’與‘11’的平均能耗。

4、　　本文在已有的編碼策略—狀態(tài)重映射策略的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步針對MLCPCM以及MLC STT-MRAM在寫能耗方面的特性，對每次寫入存儲器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，改進(jìn)獲得狀態(tài)重映射方式的算法，從而獲得更優(yōu)的能耗優(yōu)化結(jié)果。該策略通過統(tǒng)計每種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的數(shù)量，并對每種狀態(tài)轉(zhuǎn)換賦予能耗權(quán)值，計算不同的狀態(tài)重映射后數(shù)據(jù)的寫入能耗與原始數(shù)據(jù)的寫入能耗之間的差距，從中選取出能耗最優(yōu)的重映射方式。
　　通過試驗(yàn)對比，我們發(fā)現(xiàn)，在MLC PCM的能耗模型下