JPH0896570A - ダイナミック型メモリ - Google Patents
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Abstract
ータ転送の高速化を図り、センスアンプキャッシュ方式
を採用した場合にキャッシュメモリのヒット率を上昇さ
せることが可能になる。 【構成】複数個に分割されて配置され、複数のバンクに
分割されて動作が制御される複数のサブアレイ11と、
各サブアレイに対応してチップの第1の辺Xに平行に形
成され、対応するサブアレイのセンスアンプ24からの
データを転送する複数のデータ線DQiと、複数のバン
クにおける各1個のサブアレイに対応するデータ線に共
通に接続されてそのデータを選択的に増幅し、チップの
第2の辺Yに平行に配置された複数のデータ線バッファ
・マルチプクサ12と、これに対応して接続され、チッ
プの第2の辺に平行に配置された複数のデータ入/出力
パッド13とを具備することを特徴とする。
Description
り、特にデータの入出力経路に非常に高速のデータ転送
を要求されるダイナミック型メモリ(DRAM)に関す
る。
モリセルアレイを複数のセルアレイ(サブアレイ)に分
割し、そのうちの幾つかを同時に動作させるセルアレイ
分割動作方式が用いられている。この方式は、ロウ系動
作の消費電流の多くを占めるビット線の充放電電流を低
減するためである。サブアレイの分割数は動作速度とも
大きな関係がある。1つのサブアレイの規模が大きい
と、ワード線の容量が大きくなり過ぎてその立上がり速
度や立下がり速度が遅くなり、ビット線の容量が大きく
なり過ぎてビット線対間の電位差が小さくなり、センス
アンプによるビット線電位の増幅動作が遅くなり、メモ
リチップ全体の動作速度が遅くなる。従って、素子の微
細化に伴ってDRAMの記憶容量が大きくなればなるほ
ど、サブアレイの分割数は増える傾向にある。
多種類のビット構成(×1、+4、×8、×16など)
と、多種類のパッケージ構成(DIP、SOJ、TSO
P、ZIPなど)に対応している。このために、図4に
示すように、各サブアレイ41の近くにデータ線42の
データを増幅するためのDQバッファ43を配置し、全
てのDQバッファ43のデータをチップ上の1カ所(図
4ではチップ中央)に配置されたマルチプレクサ44に
集め、ビット構成に対応するビット数のデータをパッケ
ージ構成に対応する位置の入出力パッド(I/Oパッ
ド)45に出力させている。
の傾向にあるサブアレイからの読み出しデータの全てを
チップ上の1カ所に集中させる方式は、チップ内のデー
タパスが長くなり、データ転送の高速化を図る上で支障
が生じる。
/Oパッドをチップの一辺に集めたり、メモリ実装用の
印刷回路基板に垂直状態で表面実装し得る縦型パッケー
ジ(VSMP)を用いることにより、パッケージ内部の
リードフレームや回路基板上の配線を短くしてデータ転
送を高速化し、同時に、×8、×16などの多ビット構
成を採用してデータ転送レートの向上を図ろうとする試
みがなされている。
されるメモリとしては、低価格で実現可能なDRAMが
要求されている。また、コンピュータの分野では、マイ
クロプロセッサ(MPU)の動作速度のDRAMの動作
速度との乖離は大きくなる一方であり、両者の間のデー
タ転送速度がシステム全体の性能を左右するボトルネッ
クになっている。これを解消するための様々な改良がな
されており、その代表的なものは、MPUのサイクルタ
イムとメインメモリのアクセス時間との差を埋めるため
に両者の間に置かれ、MPUの使用効率の向上を可能と
する高速メモリ(キャッシュメモリ)の採用である。
RAMからも独立したSRAMで構成するもの、MPU
チップ上に搭載されるオンチップ・キャッシュ(あるい
は、エンベデッド・メモリ)と称されるSRAMで構成
するもの(実際は、キャッシュメモリを搭載したMPU
が、さらに、別チップのSRAMキャッシュを持つ場合
もある。)、DRAMチップ上に搭載されるSRAMセ
ルで構成するものがある。
キャッシュを搭載する点については、1990 Symposium o
n VLSI Circuits,Digest of Technical Papers,pp 79-8
0 "A Circuit Design of Intelligent CDDRAM with Aut
omatic Write back Capability " なる文献に、1トラ
ンジスタ・1キャパシタのセルを用いたDRAMのカラ
ム毎にSRAMセルを付加し、これをキャッシュメモリ
として使用する技術が開示されている。また、この文献
には、読み出したいアドレスがキャッシュメモリにない
(ミスヒット)場合には、その時点でのキャッシュメモ
リの内容を該当するアドレスのDRAMセルに書き戻
し、その後、アクセスしたいアドレスのDRAMセルを
読み出す技術についても言及している。このようなキャ
ッシュ搭載型のDRAMは、キャッシュメモリを搭載し
たMPUと併用することも可能である。 一方、DRA
Mのビット線センスアンプをキャッシュメモリとして利
用し得る点について本願出願人の出願に係る特願平3−
41316号(特開平4−212780号)に述べられ
ており、その具体的な構成例および制御動作例が本願出
願人の出願に係る特願平3−41315号に述べられて
いる。
−131095号により、DRAMのメモリ領域を複数
のサブアレイに分割して各サブアレイを互いに独立して
動作させ、ビット線センスアンプをキャッシュメモリと
して使うことにより、キャッシュメモリのヒット率を上
昇させ得るDRAMが提案されている。
イ毎に、そのセンスアンプが互いに異なるアドレスに対
応するロウから抽出されたデ−タを保持するので、選択
状態にあるロウへデ−タアクセス要求がくる(ヒット)
確率を上昇させることができ、選択状態にあるロウへデ
−タアクセス要求がこない(ミス)確率と上記ヒットの
確率との平均値により決まるデ−タアクセスタイムの平
均値を小さくできる。
単に説明しておく。いま、DRAMがMPU等からのア
クセスを待機している状態を考える。この時、あるロウ
アドレスのメモリセル群からの読み出しデータをセンス
アンプ群にラッチしておくものとする。
ータがラッチされているロウアドレスと同じロウアドレ
スのアクセスがあった場合(ヒット時)は、ロウ系の動
作を省略してカラム系の動作のみでデータを出力するこ
とができるようになり、ロウ系の動作分のアクセスタイ
ムを低減することができる。
ラッチされていないロウアドレスにアクセスがあった場
合(ミス時)は、センスアンプ群のデータをメモリセル
に書き戻した後(または、単にセンスアンプ群のイコラ
イズ動作後)に、新たなロウアドレスのメモリセル群か
らの読み出しデータをセンスアンプ群にラッチしておく
必要がある。このミスの場合には、キャッシュ方式を用
いない場合よりも、アクセスタイムが余計にかかる。
さいと、システムの平均的なアクセスタイムが長くなる
危険性があり、ヒット率を上昇させることが、システム
の平均的なアクセスタイムを短くする上で重要である。
ために、キャッシュメモリの容量を増大させる方法、キ
ャッシュメモリを幾つかのバンクに分ける方法がある。
上記したようにキャッシュメモリの容量を増大させる方
法をセンスアンプキャッシュ方式に適用する場合、デー
タをラッチした状態でアクセスを待つセンスアンプの数
を増大させることを意味する。一般に、大容量メモリ
は、前述したように各サブアレイのうちの幾つかを同時
に活性化させる部分活性化を行う。その際、ロウ系の動
作をさせないサブアレイに関連したセンスアンプは、デ
ータを保持させないのが一般的である。しかし、上記し
たようなロウ系の動作をさせないサブアレイに関連した
センスアンプにもデータを保持させたままにしておくこ
とにより、アクセスを待機している状態でデータを保持
しているセンスアンプ数を増大させ、キャッシュメモリ
の容量を増大させてそのヒット率を上昇させることがで
きる。
幾つかのバンクに分ける方法をセンスアンプキャッシュ
方式に適用する場合、センスアンプ群を複数のバンクに
分けることを意味する。汎用のDRAMでは、通常、複
数のサブアレイに関連したセンスアンプが同じタイミン
グで、センス・ラッチ・イコライズなどの動作を行って
いる。その際、前記したようにロウ系の動作をさせない
サブアレイに関連したセンスアンプは、データを保持し
たまま待機しているようにすることが可能になる。ここ
で、同時に動作するセンスアンプ群をバンクと呼ぶが、
キャッシュメモリのヒット率を上昇させるためのバンク
分けの仕方には、次に述べるようないくつかの条件があ
る。(1)バンク毎に独立のセンスアンプを持つこと。
(2)各バンクのセンスアンプは、他のバンクのロウア
ドレスに関係なく、自己のバンクのデータを保持できる
こと。つまり、ロウ系の動作をしていないバンクのセン
スアンプは、他のバンクのロウアドレスに関係なく、自
己が属するバンクのデータを保持し続けることができる
こと。(3)各バンクは、全ての入/出力パッドに対す
るデータパスを持つこと。つまり、キャッシュメモリに
対するアクセスはある特定のバンクに対して行われる
が、多ビット構成のDRAMの場合には、上記アクセス
されているバンクから全ての入/出力パッドに同じタイ
ミングでデータを供給する必要があるからである。
DRAMは、増加の傾向にあるサブアレイからの読み出
しデータの全てをチップ上の1カ所に集中させるので、
チップ内のデータパスが長くなり、データ転送の高速化
を図る上で支障が生じるという問題があった。
たもので、チップ内のデータパスが短くなり、データ転
送の高速化を図ることができ、センスアンプキャッシュ
方式を採用した場合にはキャッシュメモリのヒット率を
上昇させることが可能になるダイナミック型メモリを提
供することを目的とする。
メモリは、それぞれ行列状に配置されたダイナミック型
のメモリセルのアレイを有し、それぞれメモリチップの
互いに垂直な方向の第1の辺および第2の辺に沿って複
数個に分割されて配置され、複数のバンクに分割されて
動作が制御される複数のサブアレイと、上記各サブアレ
イにおいて同一行のメモリセルに接続され、それぞれ前
記メモリチップの第1の辺に平行に形成された複数のワ
ード線と、それぞれ前記各サブアレイにおいて同一列の
メモリセルに接続され、前記メモリチップの第1の辺に
対して垂直な第2の辺に平行に形成された複数のビット
線と、それぞれ前記各サブアレイにおいて選択された行
のメモリセルから読み出された電位をセンス増幅する複
数のセンスアンプと、それぞれ前記各サブアレイに対応
して前記ワード線に平行に形成され、対応するサブアレ
イの前記複数のセンスアンプのうちの選択された列のセ
ンスアンプからのデータを転送するための複数のデータ
線と、それぞれ前記複数のバンクにおける各1個のサブ
アレイに対応する複数のデータ線に共通に接続され、上
記複数のデータ線からのデータを選択的に増幅し、前記
メモリチップの第2の辺に平行に配置された複数のデー
タ線バッファ・マルチプクサと、それぞれ上記複数のデ
ータ線バッファ・マルチプクサに対応して接続され、上
記複数のデータ線バッファ・マルチプクサよりも前記メ
モリチップの第2の辺に近い位置で上記第2の辺に平行
に配置された複数のデータ入/出力パッドとを具備する
ことを特徴とする。
線の全てがワード線に平行に形成されており、データ線
バッファ・マルチプクサ群と入/出力パッド群とがメモ
リチップの同じ辺(ビット線に平行な第2の辺)に集中
している。
・マルチプクサ群、入/出力パッド群の配置が工夫され
ているので、チップ内のデータパスが短くなり、データ
転送の高速化を図ることが可能になる。
イに対応する複数のデータ線に共通にデータ線バッファ
・マルチプクサが接続されており、各バンクは、全ての
入/出力パッド群に対するデータパスを持っている。従
って、各サブアレイのセンスアンプ群をキャッシュメモ
リとして用いるセンスアンプキャッシュ方式を採用した
場合に、複数のバンクのデータをマルチプクスすること
が可能になるので、キャッシュメモリのヒット率を上昇
させることが可能になる。
に説明する。図1は、本発明の第1実施例に係るDRA
Mのチップにおけるサブアレイ11、DQバッファ・マ
ルチプレクサ12、I/Oパッド13の配置例を示して
いる。
1個のDQバッファ・マルチプレクサ12、1個のI/
Oパッド13を取り出してその一例を示している。図
1、図2に示すように、複数のサブアレイ11は、それ
ぞれ行列状に配置されたダイナミック型のメモリセルM
Cのアレイを有し、それぞれメモリチップ10の互いに
垂直な方向の第1の辺Xおよび第2の辺Yに沿って複数
個に分割されて配置され、複数のバンクに分割されて動
作が制御される。本実施例では、前記メモリチップの第
1の辺Xに沿って複数個(本例では2個)に分割されて
配置されているサブアレイ11群を単位として複数(本
例では2個)のバンクに分割されている。
のメモリセルMCに接続され、それぞれ前記メモリチッ
プの第1の辺Xに平行に形成された複数のワード線WL
iと、同一列のメモリセルMCに接続され、前記メモリ
チップの第1の辺に対して垂直な第2の辺Yに平行に形
成された複数のビット線BLiとを備えている。上記複
数のワード線WLiは、ロウデコーダ21により選択さ
れ、上記複数のビット線BLiは、カラムデコーダ21
により選択される列選択回路23により選択される。さ
らに、上記各サブアレイ11には、前記ロウデコーダ2
1により選択された行のメモリセルから読み出された電
位をセンス増幅する複数のセンスアンプ24が設けられ
ている。
サブアレイ11に対応して前記ワード線WLiに平行に
形成され、対応するサブアレイ11の前記複数のセンス
アンプ24のうちの選択された列のセンスアンプからの
データを転送するためのものである。
・マルチプクサ12は、それぞれ前記複数のバンクにお
ける各1個のサブアレイ11に対応する複数のデータ線
DQiに共通に接続され、上記複数のデータ線DQiか
らのデータを選択的に増幅するものであり、前記メモリ
チップの第2の辺Yに平行に配置されている。
3は、それぞれ上記複数のデータ線バッファ・マルチプ
クサ12に対応して接続され、上記複数のデータ線バッ
ファ・マルチプクサ12よりも前記メモリチップの第2
の辺Yに近い位置で上記第2の辺に平行に配置されてい
る。
2と2個のバンクの各データ線DQiとの接続に関し
て、相異なるバンクの各データ線DQi同士を接続する
と、データ線DQiの負荷容量が大きくなってデータ転
送の遅延時間が大きくなるので好ましくない。そこで、
DQバッファ・マルチプクサ12のうちのマルチプクサ
は、例えば図示のように、相異なるバンクの各データ線
DQiにそれぞれ対応してスイッチ素子(例えばMOS
トランジスタ25)が直列に挿入接続されてなる。これ
により、相異なるバンクに対して選択的にDQバッファ
によるデータの入/出力動作を許可することが可能にな
る。
のうち、前記I/Oパッド13から遠い側に位置するサ
ブアレイに対応するデータ線(本例ではDQ2、DQ
4、…)は、上記I/Oパッド13に近い側に位置する
サブアレイに対応するデータ線(本例ではDQ1、DQ
3、…)よりも長くなる。そこで、DQバッファ・マル
チプクサ12に共通に接続されている両データ線の配線
抵抗をほぼ等しくするために、I/Oパッド13から遠
い側に位置するサブアレイに対応するデータ線の配線抵
抗の増大を抑制するように、I/Oパッド13に近い側
に位置するサブアレイに対応するデータ線よりも太く形
成しておくことが望ましい。
のうち、I/Oパッドから遠い側に位置するサブアレイ
に対応するデータ線は、I/Oパッドに近い側に位置す
るサブアレイの近傍(あるいはサブアレイ上)を通過し
ている。
サブアレイ11に対応して設けられているデータ線DQ
iの全てがワード線WLiに平行に形成されており、デ
ータ線バッファ・マルチプクサ12群とI/Oパッド1
3群とがメモリチップ10の同じ辺(ビット線に平行な
第2の辺Y)に集中している。
ッファ・マルチプクサ12群、I/Oパッド13群の配
置が工夫されているので、チップ10内のデータパスが
短くなり、パッケージ内部のリードフレームやメモリ実
装用回路基板上の配線を短くすることが容易になり、デ
ータ転送の高速化を図ることが可能になる。
1は、メモリチップの第1の辺X(図中では上下方向)
に沿って2個に分割されて配置されているサブアレイ1
1群を単位として2個のバンクに分割されている。そし
て、相異なるバンクの各1個のサブアレイに対応する複
数のデータ線DQiに共通にデータ線バッファ・マルチ
プクサ12が接続されており、各バンクは、全てのI/
Oパッド13群に対するデータパスを持っている。
ているセンスアンプ群をキャッシュメモリとして用いる
センスアンプキャッシュ方式を採用した場合に、各バン
ク毎のデータを独立に読み出すことが可能になり、キャ
ッシュメモリのヒット率を上昇させることが可能にな
る。この場合、各バンクのセンスアンプ群を、他のバン
クのアクセスに関係なく自己のバンクのアクセス待機状
態でもデータを保持し続けるように制御し得るように構
成することにより、データをラッチしているセンスアン
プ数を増大させ、キャッシュメモリのヒット率をさらに
上昇させることが可能になる。
する場合には、前述した本願出願人の出願に係る特願平
4−131095号に詳細に開示されている構成と同様
に、図2中に点線で示すように、各サブアレイ毎にロウ
アドレスを保持するレジスタ回路26と、このレジスタ
回路26に保持されているロウアドレス(選択されたロ
ウに対応するロウアドレス)と新たに与えられるロウア
ドレスとを比較するコンパレータ27が設けられる。
にアクセス要求とアドレスが供給されると、コンパレー
タ27は2つのロウアドレス入力を比較し、互いのロウ
アドレスが一致した場合にはヒットした旨を知らせるヒ
ット信号を出力し、不一致の場合にはミスした旨を知ら
せるミス信号を出力する。ヒット信号が出力した場合に
は、ロウ系が動作することなくカラムアドレスに応じた
カラムのデータが読み出される。ミス信号が出力した場
合には、レジスタ回路26、ワード線WLi、センスア
ンプ24がそれぞれ一旦リセットされた後、新たに与え
られたロウアドレスがレジスタ回路26にセットされ、
レジスタ回路26に新たに保持されたロウアドレスに応
じてロウ系が動作する。そして、再びアクセス要求とア
ドレスが供給され、ヒットの判定が行われ、ロウ系が動
作することなくカラムアドレスに応じたカラムのデータ
が読み出されるようになる。上記したような動作は、ア
クセスの対象となる複数のサブアレイ11に対してアク
セス要求が順次供給されることにより、複数のサブアレ
イ11で順次行われる。この場合、各サブアレイ11に
おいては、ミスとなったロウのみを選択し直すことが可
能であり、ミスが発生する毎に全てのロウを再選択する
必要はない。
Mのチップにおけるサブアレイ11、DQバッファ・マ
ルチプレクサ12、I/Oパッド13の配置例を示して
いる。
べて、サブアレイ11群をメモリチップの第2の辺Yに
沿って例えば2個のバンクに分割するように上記第2の
辺Yに沿って2分割している点が異なり、その他は同じ
であるので、図1中と同一符号を付している。上記第2
実施例のDRAMにおいても、前記第1実施例のDRA
Mと同様に準じた動作が可能であり、第1実施例のDR
AMとほぼ同様の効果が得られる。
ば、チップ内のデータパスが短くなり、データ転送の高
速化を図ることができ、センスアンプキャッシュ方式を
採用した場合にはキャッシュメモリのヒット率を上昇さ
せることが可能になる。
おけるサブアレイ、DQバッファ、マルチプレクサ、I
/Oパッドの配置例を示す図。
ァ、1個のマルチプレクサ、1個のI/Oパッドを取り
出してその一例を示す回路図。
おけるサブアレイ、DQバッファ、マルチプレクサ、I
/Oパッドの配置例を示す図。
レイ、DQバッファ、マルチプレクサ、I/Oパッドの
配置例を示す図。
1…サブアレイ、MC…メモリセル、WLi…ワード
線、BLi…ビット線、DQi…データ線、12…DQ
バッファ・マルチプレクサ、13…I/Oパッド、21
…ロウデコーダ、22…カラムデコーダ、23…列選択
回路、24…センスアンプ、25…マルチプレクス用ス
イッチ素子。
Claims (5)
- 【請求項1】 それぞれ行列状に配置されたダイナミッ
ク型のメモリセルのアレイを有し、それぞれメモリチッ
プの互いに垂直な方向の第1の辺および第2の辺に沿っ
て複数個に分割されて配置され、複数のバンクに分割さ
れて動作が制御される複数のサブアレイと、上記各サブ
アレイにおいて同一行のメモリセルに接続され、それぞ
れ前記メモリチップの第1の辺に平行に形成された複数
のワード線と、それぞれ前記各サブアレイにおいて同一
列のメモリセルに接続され、前記メモリチップの第1の
辺に対して垂直な第2の辺に平行に形成された複数のビ
ット線と、それぞれ前記各サブアレイにおいて選択され
た行のメモリセルから読み出された電位をセンス増幅す
る複数のセンスアンプと、それぞれ前記各サブアレイに
対応して前記ワード線に平行に形成され、対応するサブ
アレイの前記複数のセンスアンプのうちの選択された列
のセンスアンプからのデータを転送するための複数のデ
ータ線と、それぞれ前記複数のバンクにおける各1個の
サブアレイに対応する複数のデータ線に共通に接続さ
れ、上記複数のデータ線からのデータを選択的に増幅
し、前記メモリチップの第2の辺に平行に配置された複
数のデータ線バッファ・マルチプクサと、それぞれ上記
複数のデータ線バッファ・マルチプクサに対応して接続
され、上記複数のデータ線バッファ・マルチプクサより
も前記メモリチップの第2の辺に近い位置で上記第2の
辺に平行に配置された複数のデータ入/出力パッドとを
具備することを特徴とするダイナミック型メモリ。 - 【請求項2】 請求項1記載のダイナミック型メモリに
おいて、前記複数のサブアレイは、前記メモリチップの
第1の辺に沿って複数個に分割されて配置されているサ
ブアレイ群を単位として複数のバンクに分割されている
ことを特徴とするダイナミック型メモリ。 - 【請求項3】 請求項1記載のダイナミック型メモリに
おいて、前記複数のサブアレイは、前記メモリチップの
第2の辺に沿って複数個に分割されて配置されているサ
ブアレイ群を単位として複数のバンクに分割されている
ことを特徴とするダイナミック型メモリ。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
ダイナミック型メモリにおいて、前記複数のデータ線の
うち、前記データ入/出力パッドから遠い側に位置する
サブアレイに対応するデータ線は、上記データ入/出力
パッドに近い側に位置するサブアレイの近傍あるいはサ
ブアレイ上を通過していることを特徴とするダイナミッ
ク型メモリ。 - 【請求項5】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
ダイナミック型メモリにおいて、前記複数のデータ線の
うち、前記データ入/出力パッドから遠い側に位置する
サブアレイに対応するデータ線は、上記データ入/出力
パッドに近い側に位置するサブアレイに対応するデータ
線よりも太いことを特徴とするダイナミック型メモリ。
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