JPH02278355A - フオールト・トレラント・メモリ・システム - Google Patents

フオールト・トレラント・メモリ・システム

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JPH02278355A
JPH02278355A JP2056824A JP5682490A JPH02278355A JP H02278355 A JPH02278355 A JP H02278355A JP 2056824 A JP2056824 A JP 2056824A JP 5682490 A JP5682490 A JP 5682490A JP H02278355 A JPH02278355 A JP H02278355A
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John A Fifield
ジヨン・アトキンソン・フイフイールド
Howard L Kalter
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  • Detection And Correction Of Errors (AREA)
  • For Increasing The Reliability Of Semiconductor Memories (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 A、産業上の利用分野 本発明はフォールト・トレラント計算機メモリ・システ
ムに係り、特にエラー訂正符号化方式をチップ・レベル
及びシステム・レベルの両方で使用する計算材メモリ・
システムに係る。更に具体的には、本発明はシステム・
レベルでのエラー回復に重要なハード・エラーの再現を
可能にするオンチップのエラー訂正及びエラー訂正禁止
手段を有するメモリ・チップに係る。
B、従来の技術とその課題 半導体メモリ・チップの集積度が上がるにつれて、オン
チップ・エラー訂正のような追加のエラー訂正方法が益
々重要になってきている。−最に、チップに生じるメモ
リ・エラーはハード・エラー及びソフト・エラーに分け
ることができる。ソフト・エラーは一時的な事象であっ
て、例えばアルファ粒子の衝突によって引き起こされた
り、「弱いセル」を形成するプロセス上の原因で生じた
りする。弱いセルとは、特有の電圧又はデータ・パター
ンの印加でエラーを起こすもの、或いは、雑音、印刷イ
メージ・サイズ又はイメージト・ラッキングの影響を受
は易いものである。チップの密度が上がると、ソフト・
エラーの生起頻度も高くなり、従ってオンチップ・エラ
ー訂正能力(特にソフト・エラーに対するもの)がより
必要になる。
普通はエラー訂正回路で訂正できるソフト・エラーの発
生に加えて、ハード・エラーが生じる可能性もある。ハ
ード・エラーは、素子の汚染等の不完全な製造条件が原
因になっていることが多い。
メモリ回度が高い程、完全な製造は貿しくなり、従って
ソフト・エラーに加えてハード・エラーの生じる可能性
が高くなる。しかし、ハード・エラーは一般に繰返し生
じるという性質があり、それを利用してエラー訂正が行
われる。メモリ・システム(チップ)に生じるハード・
エラーの一般的な形の1つに固定障害がある。これは、
特定のビット位置が常にO又はlになっているエラーで
ある。
メモリ・システムに適用できる多くの異なったエラー訂
正符号が従業されているが、最もポピユラーなのは、符
号ワード間の最小距離が4のものであろう。この符号は
、単一エラー訂正及び2重エラー検出(SEC/DED
)の能力を持っており、その信頼性には定評がある。ま
た、簡単な回路で容易に実現することができる。明らか
に、単一エラーであれば、それがハード・エラーがソフ
ト・エラーかには関係なく、SEC/DED符号では問
題はない。2重エラーは、検出はできるが、一般には訂
正することはできない。特に、2重ソフト・エラーの場
合は、このような符号を用いる限り訂正は難しい。しか
し、2重エラーがいずれもハード・エラーの場合、又は
ハード・エラーが1つ及びソフト・エラーが1つの場合
は、2重エラー訂正のために補数化/再補数化アルゴリ
ズムを利用できる。このアルゴリズムは2ffi補数化
アルゴリズムとも呼ばれており、例えば1984年3月
に発行されたI BM  Journal of Re
5earchand Developmentの124
〜134項に掲載されているC0L、 Chen  及
びM、Y、 t(siaoの論文”Error−Cor
recting Code for Semicond
uctorMemory  Applications
  a  5tate−of−the−八rtRevi
ew ’”に記載されている。このアルゴリズムは、ハ
ード・エラーには一般に再現性があるという事実を利用
している。その結果、エラーの生じたビット位置を識別
することができるようになり、それに基いて2重エラー
訂正が行われる。このように、ハード・エラーの再現可
能性により、バード−バード・エラー又はハード−ソフ
ト・エラーが生じ得る情報記憶システムの信頼性を、符
号ワード長を増すことなく、改善することができるよう
になる。従って1.ハード・エラーの再現可能性をなく
すようなメモリ・チップ設計では、通常のSEC/DE
D符号を用いたシステム・レベルの2重エラー訂正に支
障が出る。
メモリ・アーキテクチャ自身もエラー訂正に一役買って
いる。特に、各ビットが別々のメモリ・チップから供給
されるようにしてダブル・ワード(64ビツト)のメモ
リ・データをアクセスするものが望ましい。このメモリ
・アーキテクチャは、高速性及び信頼性の点でも優れて
いる。以下では、ダブル・ワードのデータに対するエラ
ー訂正をシステム・レベル・エラー訂正(及び検出)と
呼ぶ。
少なくとも1つのハード・エラーを含む2重エラーを訂
正するための補数化/再補数化アルゴリズムが使用され
るのはこのレベルである。その場合、所定数のメモリ・
チップが異長符号化情報(検査ビット)専用の記憶装置
として用いられる。
従って、回路実装密度の高いメモリ・システムでは、オ
ンチップのエラー訂正及び検出能力を持たせるのが望ま
しい。S E C70E D符号自体は1ビツトしか訂
正できないので、誤訂正を防ぐため、多重エラーが検出
された場合はエラー訂正を禁止する必要がある。そうす
れば、多重エラーによりSEC/DEDシステムが正し
いデータ・ビットを誤って変更するようなことはなくな
る。その場合、変更されないデータ・ワードから有効検
査ビットを生成してオンチップECCシステムを介する
書戻しく適切な検査ビットを含むオンチップECCワー
ドをDRAMセルに戻すこと)を行うことにより、多重
エラー条件がクリアされる。
このシステムでは、データ・ワードの完全性に対するダ
メージは元の多重エラーに限定される。これらのエラー
は最早検出できないが、ECCシステムが以降のアクセ
スでデータ・ワードを劣化させることはない。
この方法を用いれば、チップ・レベルでのすべてのエラ
ーはソフト・エラーのように見える。予想データをFC
Cワード全体と比較するパターン・テストを製造時に行
うことにより、不良メモリ・セルを効果的に検出するこ
とができる。エラー・ビットは容易に発見され、テスト
中のハードウェアの質を容易に評価できる。しかし、メ
モリ・システムの実際の動作では、全ECCワードがメ
モリ・チップから読出されるわけではなく、一般に読出
されるビットの数は少ない。そのため、チップ・データ
・ワードに多重エラーが生じた時、エラー・ビットを見
落とす可能性が高くなる。システム・レベルでのこのよ
うな訂正不能エラーは重大なシステム故障を引き起こし
得る。このようなエラーが生じると、一般に以後のメモ
リ動作は中止される。従って、メモリの信頼性を高める
ために、システム・レベル・エラー訂正及び検出回路を
用いるのが望ましい。これが、本発明が解決しようとす
る課題である。特に、システム・レベルでは、補数化/
再補数化アルゴリズムを用いて、普通では訂正できない
2重エラーを訂正できるようにすることにより、メモリ
・システムの全体的な信頼性を高めるのが望ましい。補
数化/再補数化アルゴリズムはハード・エラーの再現可
能性に依存しているが、オンチップ・エラー訂正では、
所与のチップに関連するハード・エラーの存在を実際に
マスクすることができる。その具体的な例をあとで説明
する。従って、本発明は、チップ・レベルのエラー訂正
システムとシステム・レベルでのエラー訂正システムと
の間に存在し得る対立を解決するものである。
C1課題を解決するための手段 本発明は、計算機のメモリ・システムの全体的な信頼性
を高めることを目的としており、その−態様として、複
数のメモリ・ユニットを含むフォールト・トレラント計
算機メモリ・システムを提供する。各メモリ・ユニット
は、複数のメモリ・セルと、ユニット・レベルのエラー
訂正及び検出手段を含む。ユニット・レベルでは、この
他に訂正不能エラーの存在を示すための複数の手段も含
まれる。これらの手段はそれぞれ異なったメモリ・ユニ
ットに関連している。訂正不能エラー表示手段は、訂正
不能エラーが生じた時に、ユニットレベル・エラー訂正
機能を禁止するよう動作する。
メモリ・ユニットは、それらからのデータを受取るシス
テム・レベル・レジスタを介して互いに結合するのが好
ましい。また、メモリ・システムはシステム・レベル・
レジスタからデータを受取るシステム・レベル訂正及び
検出手段を含むのが好ましい。本発明の良好な実施例で
は、メモリ・ユニットは、オンチップ・エラー訂正及び
検出手段を備えた半導体メモリ・チップである。各チッ
プはワード・サイズのシステム・レベル・レジスタへ1
ビツトの情報を供給する。このレジスタはシステム・レ
ベル・エラー訂正及び検出能力を持っている。
本発明の動作では、所与のチップに関連する訂正不能エ
ラーが生じると、ユニット・レベル・エラー訂正機能を
、例えば全ゼロのシンドロームを供給することにより禁
止する。その結果、続いてシステム・レベル・エラー表
示が出ることは殆んど確実であるが、強制されたチップ
・エラーの再現可能性のため、システム・レベル・エラ
ー訂正及び検出回路は補数化/再補数化による訂正を実
行することができる。このように、本発明では、1つの
メモリ・ユニット(チップ)におけるユニット・レベル
・エラー訂正を禁止しているが、それによって強制され
たエラーには再現可能性があるので、メモリ・システム
の全体的な信頼性は高まる。すなわち、1つのエラー訂
正要素が事実上減勢されても、メモリ・システムの全体
的な信頼性を上げることができるのである。
D、実施例 まず、本発明を適用し得るメモリ構成を第2図に示す。
図示の構成は、メモリ・ユニット10として72個のメ
モリ・チップ(#l〜#72)を含んでいるが、本発明
は半導体メモリに限定されるものではなく、複数のメモ
リ・ユニットがそれぞれ1つ又は複数の出力ビットをレ
ジスタへ供給し且つユニット・レベル及びシステム・レ
ベルのエラー訂正回路が使用される任意のメモリ・シス
テムに適用できる。第2回のシステムでは、72個のメ
モリ・ユニット(チップ#1〜#72)のそれぞれは単
一ビットを1つのシステム・レベル・レジスタ25へ供
給する。レジスタ25は、システム・レベル・エラー訂
正回路(ECC)30を介してデータを出力する。各メ
モリ・ユニット10もチップ・レベル・エラー訂正回路
(ECC)20を備えている。
第2図に示す特定のシステムでは、選択されたワード線
14に137ビツトのワードが現われるように、セル・
アレイ12を構成している。137ビツトのうち128
ビツトはデータ・ビットであり、残りの9ビツトはパリ
ティ検査ビットである。オンチップの単一エラー訂正及
び2重エラー検出にはこれで十分である。ワード線14
からは137ビツトのセル・アレイ情報16が選択され
、チップ・レベル・エラー訂正回路20へ送られる。
回路20は128ビツトの訂正済みデータをスタティッ
ク・レジスタ18へ供給する。図には示していないが、
メモリ・ユニット10にはアドレス・フィールド情報も
供給され、デコーダ22はそれに応答してスタティック
・レジスタ18からの128ビツトのうちの1ビツトを
出力ビットとして選択する。72個のチップ#1〜#7
2からのデコーダ出力はレジスタ25の対応するセルへ
供給される。これらのセルは一般にフリップフロップ回
路で構成できる。システム・レベル・レジスタ25は7
2ビツトの情報を含み、そのうち64ビツトはデータで
あり、8ビツトはパリティ検査情報である。この程虜の
冗長度でも、単一エラー訂正及び2重エラー検出は可能
である。ユニット(チップ)・レベル又はシステム・レ
ベルで用いる符号、すなわち検出及び訂正回路の特性は
、実質的に本発明には関係せず、任意の適当な符号を使
用できる。また、チップの数及びセル・アレイ12の構
成も適当に決めてよい。重要なのは、両レベルでのエラ
ー訂正能力と、メモリ・ユニット10の独立性、特に各
ユニットがレジスタ25へ独立した情報ビットを供給で
きることである。
第2図に示したシステムの欠点は、固定障害のようなハ
ード・エラーが特定のセル・アレイ12に生じていた場
合に、システム・レベルで補数化/再補数化アルゴリズ
ムを用いて少なくとも1つのハード・エラーを含む2重
エラーからの回復を図ることができないということであ
る。
第2図のメモリ・システムに関する問題の理解を深める
ため、固定障害のようなハード・エラーについての簡単
な例を次に説明する。メモリの各ワードを8ビツトとし
、その最初の4ビツトがデータ・ビットで、残り4ビツ
トがパリティ検査ビットであるとする。パリティ検査行
列Hを次のように仮定する。
更に、メモリ・アレイの最初の2つの出力ビツト位置に
固定障害があるものとする。4ビツトのデータ0000
をメモリに書込む場合、上の行列Hに従えば、メモリに
書込まれるワードは0OOoooooである。しかし、
2つの固定障害があるため、メモリから読取られたデー
タは1100になる。これはエラー・パターンを表わし
ている。
これに対して、書込みデータが0100の場合は、上の
行列Hによれば、01000111のワードが書込まれ
ることになる。最初の2つの出力ビツト位置に固定障害
があるので、このワードを読取つた時は1100011
1になる。しかし、ユニット・レベル・エラー訂正能力
のため、読取られたデータは0100であり、これは元
のデータに等しい。従って、この時のエラー・パターン
は0000である。このように、メモリに書込まれるデ
ータによっては、固定障害の存在がマスクされる場合が
ある。そのため、一般に2重ハード・エラーを訂正する
のに補数化/再補数化アルゴリズムを用いることはでき
ない。ここまでの状況をまとめると次のようになる。
固定障害    1 書込みデータ  O 書込みワード  0 読取りワード  1 エラー      1 oooooo。
書込みデータ  0100 書込みワード  01000111 読取りワード  11000111 読取りデータ  0100 エラー      0000 第2図のメモリ・ユニット10とは異なるメモリ・ユニ
ットを用いたメモリ・システムを第1図に示す。第1図
では、チップ・レベル・エラー訂正回路90のシンドロ
ーム発生器91からの訂正不能エラー検出信号がAND
ゲート53及びORゲート56を介してラッチ55へ供
給されるようになっている。ラッチ55は訂正禁止信号
をチップ・レベルECC回路90のデコーダ92へ供給
する。チップは最初に、オンチップ・エラー訂正回路2
0へ送られる前のECCワードがすべて正しいデータ及
び検査ビットを有するように初期設定される。初期設定
が完了すると、セット・モードA信号によりラッチ52
がセットされる。そうすれば、あとで訂正不能エラー検
出信号が発生された時に、ANDゲート53及びORゲ
ート56を介してラッチ55をセットすることができる
これはユニット・レベル・エラー訂正を禁止するためで
ある。セット・モード入信号は、既存の人力に対する過
電圧等の公知の標準方法で、又は新しく規定されたJE
DEC標準により発生させることができる。後者のJE
DEC標準ではてπ及びWに続いて■が活動化され、■
でのアドレスを復号してセット・モードA信号を供給す
る。
ラッチ55のリセット人力Rは、セット・モードA信号
と同様にして発生されるリセット・モードA信号又はリ
セットモードB信号を受取る。リセット・モードA信号
は、システム・エラー回路が達成された後にORゲート
54を介してラッチ55だけをリセットし、通常動作を
復帰させる。
この後は、別の多重エラーが見つかるまで、アレイから
データを読出すことができる。リセット・モードB信号
は、ラッチ52及び55の両方をリセットする。前述の
標準方法で供給されるセット・モードB信号は、ORゲ
ート5Gを介してラッチ56をセットし、チップ・レベ
ルECCデータ訂正を禁止することによりメモリ・ビッ
ト・マツピングを可能にする。システム・エラー回復に
関連してこれらのリセット信号を用いると、オンチップ
ECCより上流側の不良領域からのデータを写像して訂
正した後、通常のチップ代替方法を用いて別のアレイに
置くことができる。セット・モードB信号は、不良デー
タ位置のメモリ・ビット・マツピングを可能にするため
オンチップ・エラー訂正を禁止してシステム判断を行う
のに用いられる。破線で囲んだブロック60が本発明に
従ってチップに設けられる追加の回路を表わす。
セル・アレイ12からのデータはレジスタ16へ供給さ
れる。レジスタ16は、本実施例では137ビツトの情
報を記憶することができる。この情報は128個のデー
タ・ビットDi(i=1.2、・・・ 128)及び9
個の検査ビットから成る。
レジスタ16は、セル・アレイ12からの137ビツト
すべてをシンドローム発生器91へ供給する。シンドロ
ーム発生器91及びデコーダ92は訂正パターンを発生
するよう動作する。エラーが生じていなければ、この訂
正パターンは全ゼロである。エラーが生じていると、シ
ンドローム発生rt91及びデコーダ92は、訂正が必
要な位置のビットがターンオンされた2進出力ベクトル
を供給するよう動作する。エラー位置を示すデコーダ9
2からの2進出力ベクトルは、エラー訂正分野で周知の
方法によりシンドローム・ベクトルから発生される。従
って、通常の動作で単一エラーが検出された場合は、デ
コーダ92から出力される128ビツトのベクトルは、
単一エラーが生じた位置に2進1を有する。このベクト
ル(E、〜E2g)とレジスタ16からのデータ・ビッ
トD+との排他的OR(XOR)をとれば、単一エラー
を訂正できる。これは、128個のXORゲートを含む
エラー訂正回路50で行われる。
本発明では、訂正不能エラーが生じた場合に、シンドロ
ーム発生器91が訂正不能エラー検出信号をANDゲー
ト53へ供給する。この時ラッチ52がセットされてい
ると、ANDゲート53が条件付けられてラッチ55を
セットし、それにより訂正禁止信号がデコーダ92に受
取られる。この訂正禁止信号は、デコーダ92への入力
シンドロームを強制的に全ゼロにすることにより、実質
的にチップ・レベルでのエラー訂正を禁止する。
シンドロームが全ゼロであれば、エラー訂正回路50で
行われる排他的XOR演算はデータ・ビットDiを変更
しない。ここでは、訂正不能エラーが検出された時にエ
ラー訂正を禁止すること、すなわちデータ・ビットDi
を変更しないことが目的であるから、訂正禁止信号でシ
ンドロームを全ゼロにする替りに、デコーダ92の出力
に直接作用して、全ゼロの訂正ビットEiを回路50へ
供給させるようにしてもよい。
本発明の良好な実施例では、シンドロームを全ゼロにセ
ットする信号はオンチップ制御論理60から供給される
。このように、オンチップ・エラー訂正を禁止するため
のオンチップ手段が設けられる。オンチップ・エラー訂
正の禁止は、2重補数化アルゴリズムをシステム・レベ
ルで実行させ、更にメモリの診断マツピングを可能にす
る。この機能は、障害メモリ位置の存在を確かめたい場
合に、メモリの試験での極めて望ましいものである。
更に重要なのは、それによってハード・エラーの再現す
る能力が与えられることである。これは、システム・レ
ベルで2重ハード・エラーの訂正に用いる補数化/再補
数化アルゴリズムの正しい動作に必要である。このよう
に、フォールト・トレラント型のメモリ・システムに第
1図に示したようなメモリ・ユニットの修正例を用いる
と、より高い信頼性が得られる。メモリ・ユニットの修
正がなければ、システム・レベルで2重エラーが生じる
と、データを回復できないが、メモリ・ユニットの修正
により、システム・レベルでのすべてのバード−バード
・エラー及びハード−ソフト・エラーは訂正可能になる
E1発明の効果 本発明は、メモリ・システム、特に複数の集積回路チッ
プから成る高密度半導体メモリのフォールト・トレラン
ト能力を高めるものである。これは、システム・レベル
の全体的なエラー訂正能力を改善するために、チップ・
レベルのエラー訂正機能を禁止することにより達成され
る。すなわち、本発明は、エラー訂正能力を改善するた
めにエラーを強制するという、−見矛盾してみえるアプ
ローチを採用している。また、本発明は、オンチップ・
エラー訂正を行う任意のメモリ・チップに最小限のコス
トで適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は個々のメモリ・ユニット(チップ)上にユニッ
ト・レベル訂正禁止手段が設けられているメモリ・シス
テムを示すブロック図。 第2図は2重レベル・エラー訂正の実施に適したメモリ
・システムの構成を示すブロック図。 出願人 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・
コーポレーション

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数のメモリ・ユニットと、 前記メモリ・ユニットのそれぞれに関連して設けられ、
    関連するメモリ・ユニット内のセルから読取られたデー
    タに生じているエラーの訂正及び検出を行う複数のユニ
    ット・レベル・エラー訂正及び検出手段と 前記メモリ・ユニットのそれぞれに関連して設けられ、
    少なくとも1つの関連するユニット・レベル・エラー訂
    正及び検出手段の動作を禁止するように動作する複数の
    禁止手段と、 前記メモリ・ユニットからデータを受取り、前記禁止手
    段の活動化によるハード・エラーを訂正するよう動作す
    るシステム・レベル・エラー訂正及び検出手段と、 を具備するフオールト・トレラント・メモリ・システム
  2. (2)少なくとも2つのレベルにエラー訂正及び検出手
    段を有し、多重エラーが発生した時に下位レベルのエラ
    ー訂正及び検出手段の動作を禁止する手段を設けたこと
    を特徴とするフオールト・トレラント・メモリ・システ
    ム。
JP2056824A 1989-03-10 1990-03-09 フオールト・トレラント・メモリ・システム Expired - Lifetime JPH0743677B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US32182789A 1989-03-10 1989-03-10
US321827 1989-03-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02278355A true JPH02278355A (ja) 1990-11-14
JPH0743677B2 JPH0743677B2 (ja) 1995-05-15

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ID=23252199

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2056824A Expired - Lifetime JPH0743677B2 (ja) 1989-03-10 1990-03-09 フオールト・トレラント・メモリ・システム

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JP (1) JPH0743677B2 (ja)
KR (1) KR920010972B1 (ja)
CN (1) CN1017665B (ja)
AU (1) AU615373B2 (ja)
BR (1) BR9001126A (ja)
CA (1) CA2002361C (ja)
DE (1) DE69021413T2 (ja)
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