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相邻层冗余共享的三维存储器成品率优化方法
资料介绍
存储裸片堆叠方案和冗余共享策略对提高三维存储器成品率有重要影响.为提高三维存储器的成品率并且减少行列冗余所需的TSVs数量,提出了一种相邻层冗余共享结构.该冗余共享结构使得每层存储裸片的行列冗余不仅能被本层使用,而且能被相邻层使用.并在此结构的基础上,提出了一种新的存储裸片堆叠方案.该方案通过构建存储裸片的选择限制条件,每次选中适合的存储裸片来堆叠三维存储器以充分利用行列冗余.实验结果表明,与国际上同类方法相比,所提方案有效地提高了三维存储器的成品率,并且减少了行列冗余所需的TSVs数量.
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Vol． 46 No． 3
Mar． 2018
第
期
电
子
学
报
2018
3
ACTA ELECTRONICA SINICA
年
月
相邻层冗余共享的
三维存储器成品率优化方法
1，2
1，2
1，2
1，2
3
，
，
，
，
刘 军 朱承强 吴 玺 王 伟 任福继
( 1．
，
230009;
合肥工业大学计算机与信息学院 安徽合肥
2．
，
230009;
情感计算与先进智能机器安徽省重点实验室 安徽合肥
3．
，
7708502)
日本德岛大学先端技术科学教育部 德岛常三岛町
:
．
存储裸片堆叠方案和冗余共享策略对提高三维存储器成品率有重要影响 为提高三维存储器的成品率
摘
要
TSVs
，
．
数量 提出了一种相邻层冗余共享结构 该冗余共享结构使得每层存储裸片的行列冗
并且减少行列冗余所需的
，
．
，
余不仅能被本层使用 而且能被相邻层使用 并在此结构的基础上 提出了一种新的存储裸片堆叠方案 该方案通过构
．
，
．
，
建存储裸片的选择限制条件 每次选中适合的存储裸片来堆叠三维存储器以充分利用行列冗余 实验结果表明 与国
，
际上同类方法相比 所提方案有效地提高了三维存储器的成品率 并且减少了行列冗余所需的
，
TSVs
．
数量
:
; ; ;
三维存储器 冗余共享 成品率 存储裸片
关键词
中图分类号
URL: http: / /www． ejournal． org． cn
+
:
TP306 . 2
:
A
:
0372-2112 ( 2018) 03-0629-07
DOI: 10． 3969 /j． issn． 0372-2112． 2018． 03． 017
文献标识码
文章编号
电子学报
Yield Optimization Technique for Three Dimensional Memory
Based on Redundancy Sharing Among Adjacent Layers
1，2
1，2
1，2
1，2
3
LIU Jun ，ZHU Cheng-qiang ，WU Xi ，WANG Wei ，REN Fu-ji
( 1． School of Computer and Information，Hefei University of Technology，Hefei，Anhui 230009，China;
2 Anhui Province Key Laboratory of Affective Computing and Advanced Intelligent Machine，Hefei，Anhui 230009，China;
3 Department of Information Science ＆ Intelligent Systems，Faculty of Engineering，
The University of Tokushima，Minamijosanjima，Tokushima 7708502，Japan)
Abstract: Memory dies stacking strategy and redundancy sharing structure have great effects on the yield of three-di-
mensional ( 3D) memory． To improve 3D memory yield and reduce the number of TSVs consumed by row and column re-
dundancies，this paper proposed a redundancy sharing structure among adjacent layers． In the proposed sharing structure，the
redundancies in each layer not only can be used to repair the faults in the layer where the redundancies reside，but also can be
utilized by adjacent layers． On the basis of this proposed structure，a new die-stacking strategy is presented． Through formu-
larized selection conditions for memory dies，the presented strategy can choose suitable memory dies to stack 3D memory． In
this way，the row and column redundancies are fully used． Experimental results illustrate the proposed redundancy sharing
structure and die-stacking strategy can effectively improve 3D memory yield and reduce the number of TSVs consumed by
spare rows and columns．
Key words: 3D memory; redundancy sharing; yield; memory dies
［1，2］
．
， ，
能 减少互连的延迟和功耗 具有广泛的应用前景
1
引言
基于三维集成电路技术的存储器已成功的应用于商业
［3，4］
TSVs( Through Silicon Vias)
三维集成电路通过
在
，
中 在高性能计算等领域有着重要的应用价值
．
三
垂直方向上将芯片进行堆叠能够有效地提升电路的性
TSVs
( memory
来 实 现 各 层 存 储 裸 片
维存 储 器 通 过
: 2016-05-10;
: 2017-02-15;
:
收稿日期
修回日期
责任编辑 梅志强
:
( No． 61432004，No． 61306049，No． 61204046，No． 61474035)
基金项目 国家自然科学基金项目
630
2018
电
子
学
报
年
［4］
dies)
，
．
Vs
．
间的信号传输 有效的提高了信号的传输带宽
数量
，
但由于三维存储器存储容量以及存储密度较大 使得
2
背景知识
．
，
三维存储器在制造过程中很容易产生故障 此外 在三
，
本部分首先介绍了存储裸片的分类 然后介绍了
( bonding)
维存储器的绑定
过程中也会额外的引入故
．
三维存储器的堆叠流程
，
．
障 因而三维存储器的成品率很低 成品率问题也成为
2. 1
存储裸片分类
三维存储器设计和制造过程中需要解决的一个关键
，
根据存储裸片是否能被修复 存储裸片可分为四
．
问题
种基本类型［10，11］
:
，
为了提高存储器的成品率 二维存储器通常采用
行列冗余修复的方式［5］ 行列冗余修复是指当存储单
( 1)
:
无故障存储裸片 是指没有任何故障的存储裸
．
，
片 此类存储裸片不需要使用其所含的 行 列冗 余来
，
元出现故障时 将此故障单元所在的行或列的地址映
;
修复
，
．
射到冗余的行或列 从而达到修复存储器的目的 在二
( 2)
:
可自修复存储裸片 可以通过自身的行列冗余
，
维存储器中 为了充分利用行列冗余进一步提高成品
［6］
，
;
来修复 此类存储裸片还有可能剩余部分行列冗余
( 3)
，
率 可以采用存储块与存储块之间冗余共享的方式
．
:
层间冗余共享可修复存储裸片 通过自身的行
，
这是因为存储裸片中的故障不是均匀分布的 有的存
，
列冗余不能被修复 但可以通过借用其它层存储裸片
，
;
储块故障较多 所含的行列冗余不够用 而有的存储块
;
的剩余冗余来完成修复
( 4)
，
．
故障较少 剩余大量的行列冗余 通过存储块间冗余共
:
不可修复存储裸片 通过自身的行列冗余不能
，
享的方式可以充分的利用行列冗余 提高存储器的成
，
被修复 通过借用其它层的行列冗余也不被修复的存
，
，
品率 但此方法不仅增加了信号的传输延迟 还增大了
．
储裸片
，
布线的难度 硬件开销很大
．
，
如果三维存储器不使用层间冗余共享策略 那么
，
但在三维存储器中 由于各层存储裸片是通过
TS-
只能选择无故障存储裸片和可自修复的存储裸片进行
Vs
，
进行互连的 而
TSVs
，
的传输延迟较低 因而在三维
． ，
堆叠 若使用层间冗余共享策略 那么就可以选择无故
(
存储器的修复中可以采用层间冗余共享的策略 即任
、
障存储裸片 可自修复的存储裸片以及冗余共享可修
，
一存储裸片的冗余不仅能被本层使用 还可以被其它
) ，
，
复存储裸片来堆叠三维存储器 使得存储裸片的行列
层的存储裸片使用 并且对三维存储器的性能影响很
，
冗余得到了充分利用 提高了三维存储器的成品率
．
． Chou
小
等人提出了三维存储器层间冗余共享的内建
2. 2
( Built-In Self-Repair)
三维存储器堆叠流程
自修复
方案和存储裸片匹配策
［7，8］
:
，
略 提高了三维存储器的成品率
． Xu
三维存储器可以采用三种堆叠方式 晶元对晶元
( W2W) 、 ( D2W)
等人根据存储
，
裸片的故障位图 将存储裸片的堆叠问题转化成二分
存储裸片对晶元
( D2D) ［12 ～ 14］
，
每 种 集 成 方 法 都 有 自 身 的 优 缺 点
和存储裸片对存储裸
［9］
．
，
图的匹配问题 有效的提高了三维存储器成品率
．
片
虽
W2W
，
集成技术制造工艺简单 一次可生产成千上百个
［7 ～ 9］
，
然文献 的方案能够提高三维存储器的成品率
．
存储器 但是
，W2W
(
但这些方案仅适用于两层冗余共享结构 即存储裸片
集成技术堆叠的三维存储器成品率
． D2W
D2D
W2W
) ．
的冗余仅能被本层和另外一层存储裸片使用 为此
，
很低
和
集成技术与
相比制造工艺较
RSAL
，
．
复杂 然而成品率相对较高 本文提出的
Lee
(
方案适
等人提出了全局冗余共享修复方案 即存储裸片的
) ， 用于
D2D
．
，
集成技术
D2D
冗余不仅能被本层使用 而且能被其它所有层使用
进一步提高了三维存储器的成品率［10］ 但是该方案极
．
基于
集成技术的三维存储器堆叠流程图如图
1
． ，
所示 在绑定前测试与修复过程中 将存储裸片分为
TSVs
．
大地增加了
为提高三维存储器的成品率 同时减少
( Redundancy Sha-
的数量
，
、
、
四种类型 即无故障存储裸片 可自修复存储裸片 冗余
，
TSVs
，
数量
．
共享可修复存储裸片和不可修复存储裸片 在堆叠过
本文提出了一种相邻层冗余共享方案
ring among Adjacent Layers) ， RSAL
、
程中可以选择无故障存储裸片 可自修复存储裸片和
．
方案 相邻层冗
简称
．
冗余共享可修复存储裸片进行堆叠 而在堆叠的过程
，
余共享是指存储裸片的冗余不仅能被本层使用 而且
，
中 将哪些存储裸片进行堆叠对于成品率有很大的影
．
可以被上下相邻层的存储裸片使用 并且针对相邻层
．
响 例如有四个存储裸片
( A，B，C，D) ，
其中存储裸片
A
，
冗余共享结构 本文提出了一种新的存储裸片选择方
，
可自修复 且剩余两个行冗余 存储裸片
;
B
C
． ，
案 该方案通过构建存储裸片的选择限制条件 每次选
和
可自修
，
;
D
复 但没有剩余的行列冗余 存储裸片 不能自修复
，
中适合的存储裸片来堆叠三维存储器以充分利用行列
．
还需要两个行冗余才能被修复 如果选择存储裸片
A
．
冗余 与已有方案相比
，RSAL
与
方案有效的提高了三维
TS-
存储器的成品率 并且减少了行列冗余共享所需的
B
，
堆叠 存储裸片
C
D
，
堆叠 那么最终的三维存储器
，
与
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