申请/专利权人：微软技术许可有限责任公司

申请日：2016-02-05

公开（公告）日：2020-07-03

公开（公告）号：CN107257958B

主分类号：G06F11/10(20060101)

分类号：G06F11/10(20060101);G11C29/52(20060101)

优先权：["20150227 US 14/633,787"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.07.03#授权;2017.11.21#实质审查的生效;2017.10.17#公开

摘要：一种用于动态近似存储的存储器芯片包括与至少两个区域相关联的存储器单元阵列。芯片进一步包括至少一个阈值寄存器，用于存储与至少两个区域的每个区域对应的存储单元的阈值的值；以及控制逻辑，可编程地调节用于存储器单元的阈值的值。一种控制用于动态近似存储的存储设备的方法包括修改存储在阈值寄存器中且与包括至少两个区域的存储器的区域中的至少一个单元相关联的至少一个值，以为至少一个单元应用偏置，其中偏置调节单元中的值的范围。

主权项：1.一种用于动态近似存储的存储器芯片，包括：存储器单元阵列，所述阵列包括至少两个区域；至少一个阈值寄存器，所述至少一个阈值寄存器用于存储用于与所述至少两个区域中的每个区域相对应的存储器单元的阈值的值；以及控制逻辑，所述控制逻辑用以可编程地调节用于所述存储器单元的所述阈值的所述值，其中所述可编程的调节是基于数据属性，所述数据属性包括与特定数据相关联的精确度级别，以使得定义位级别或位模式的分割被配置用于所述至少两个区域的所述存储器单元。

全文数据：用于定制应用的动态近似存储背景技术[0001]存储器和存储常在精确度错误）、持久性、性能、能量效率与密度容量之间具有各种权衡。单级单元SLC存储器例如动态随机存取存储器DRAM和一些形式的闪存在每个单元中存储1位的数据。为了提供更高的密度，（例如闪存和相变存储器PCM可用的）多级单元MLC存储器将一个单元中的值范围细分为许多级以存储多于1位的数据。例如，闪存代表存储器单元的阈值电压的值，PCM代表存储器单元的电阻的值。由此，对于某些多级存储，单元允许的电阻范围越大，单元中可用于存储信息的级别数越高，从储存观点来看使得单元密度更大。也就是说，单元能够在每单位物理容积存储更多的信息。然而，关于权衡，对于在保持便宜、可靠的同时制作密度多大的单元存在限制。[0002]另外，单元密度越大，维持相同错误率需要的读写机制越精确。例如，对于固定的电阻范围，使用更多的级别数要求更精确的硬件以每次正确地读写这些单元。更精确的硬件意味着更高的成本;对于相同的硬件，在单元中存储更多的级别数会引发更高的读写错误率。其它电阻改变过程例如PCM中的漂移也影响读错误率。发明内容[0003]本文描述了动态近似存储和系统，其允许应用和操作系统利用放松存储设备的存储器中的区域的错误要求，以作为对增加的容量、持久性、性能、能量效率或存储设备的其它属性的交换，同时仍能够为数据维持适当的输出质量。[0004]描述了一种用于动态近似存储的存储器芯片，其包括存储器的具有不同错误约束的至少两个区域。该存储器芯片能够包括至少一个阈值寄存器，用于存储标识与该至少两个区域的每个区域对应的存储单元的值的阈值的值；以及控制逻辑，可编程地调节该存储器单元的该阈值的值。该阈值可被调节以创建单元中的值的非对称范围，甚至调节单元能够存储的级别和位的数目。[0005]—种控制用于动态近似存储的存储设备的方法包括修改存储在阈值寄存器中且与包括至少两个区域的存储器的区域中的至少一个单元相关联的至少一个值，以将偏置应用于该至少一个单元，其中该偏置调节单元中的值的范围。在另外实施方式中，存储器的单元或区域的错误率能够被修改使得存储器的不同区域具有不同的纠错级别。[0006]本发明内容被提供以用简化形式介绍在下面的具体实施方式中进一步描述的概念的选择。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。附图说明[0007]图IA图示了存储精确度和数据编码的操作；[0008]图IB图示了用于图IA中所示的存储器100的三种类型的存储区域的表示；[0009]图2A-2C图示了具有不同指派的阈值以提供1位（图2A和2位（图2B和图2C的存储的四级别单元的模拟电阻范围X轴）；[0010]图3图示了用于可编程存储精确度的存储器系统；[0011]图4A-4C图不了各种操作环境和相应的存储位置；[0012]图5A示出了均勾的u和偏置的b4级单元参数的表1;[0013]图5B示出了均勾的u和偏置的b8级单元参数的表2;[0014]图6示出了随均匀的和偏置的PCM单元的时间变化的组合的原始误码率RBER的曲线图；[0015]图7示出了具有增大的清理间隔的密度的曲线图，其对均匀的和偏置的PCM单元进行比较；[0016]图8示出了比较512数据位块上的纠错码ECC的容量与开销的曲线图；[0017]图9示出了图示ECC存储开销与清理间隔之间的权衡的图表；以及[0018]图10示出了比较用于闪存的512字节块数据上的ECC的容量与开销的曲线图。具体实施方式[0019]本文描述了动态近似存储和系统，其允许应用和操作系统利用放松存储设备的存储器中的区域的错误要求，以作为对增加的容量、持久性、性能、能量效率或存储设备的其它属性的交换，同时仍能够为数据维持适当的输出质量。[0020]“近似存储”指可能指示某些对象可以被存储在具有较高错误可能性的存储器中的存储器优化技术。存储器的具有较高错误可能性的这些区域不一定是具有高错误率的区域，仅是对具体错误率的容忍性或要求被放松并且可能发生偶然的错误的区域。[0021]“动态近似存储”涉及针对存储设备的多个区域的放松的错误约束的可调节优化。动态近似存储能够涉及单级单元SLC和或可变的多级单元MLC存储，并可以进一步涉及纠错技术。针对存储器区域的放松的错误约束还可贡献用于存储数据尤其是针对对于至少一些数据不要求常规存储器提供的精确度的应用）的附加的容量。[0022]动态近似存储适用于能够利用具有放松的错误约束的存储器的定制应用。这些定制应用能够包括近似感知算法和或操作系统。放松存储设备的存储器中的区域的错误要求能够允许增加的容量、持久性、性能、能量效率或存储设备的其它属性。[0023]所描述的用于定制应用的动态近似存储包含具有不同错误约束的不同区域。存储器区域的错误的概率在本文中被称为“精确度”，其中较低的错误概率表示较高的精确度。也就是说，较高的精确度具有较低的错误率。单元错误属性与由应用存储的位类型的仔细匹配能够有益于数据的输出质量同时获得近似存储提供的大部分的密度益处。[0024]术语“存储器”和“存储”在本文中可互换使用，并且可通过其上下文理解被应用于该术语的任何具体含义。[0025]图IA图示了存储精确度和数据编码的操作；以及图IB图示了图IA中所示的存储器100的三种类型的存储区域的表示。参考图1A，存储器100可被指派具有不同的允许精确度级别（或错误率）的多个区域。例如，第一类型区域101可以最精确，具有最低的错误可能性例如，HT12错误）；第二类型区域102可以较不精确，具有放松的错误率;第三类型区域103可以更不精确，具有更放松的错误率。这些区域能够被硬连线或是动态的编程的）。错误率的差别可因所应用的纠错类型和或所允许的密度引起。[0026]存储器100可以是任何适当的存储器存储设备，包括SLC存储器和MLC存储器。对于MLC存储器或包含SLC单元和MLC单元的混合存储器），第一类型区域101可以被配置为用于存储单个位的单级单元区域尽管在MLC存储器的情况中可以是多级）；第二类型区域102可以被配置成更密区域，例如，具有三级别或四级别单元；以及第三类型区域103可以被配置为比第二类型区域102更密，例如，具有八级别例如，用于3位或更密的单元。对于各种SLC和MLC实施方式，区域可被指派不同类型的纠错例如，不同的错误代码和或纠错位数）。这些类型的存储区域的示例在图IB中示出。[0027]在图IB中示出了表示图IA的区域101、102和103的三种类型的存储。具有最低错误率的第一类型区域121能够被优化用于高重要位111，以包括存储器单元122和提供大纠错开销的纠错单元123。第二类型区域131能够被优化用于中等重要位112,以包括比存储器单元122密且具有中等错误率的单元132和提供一些纠错开销的纠错单元133。第三区域141则可包括具有最高允许错误率的（可选地被优化用于较不重要位113的）单元142,例如为最密的存储器且具有最小如果有的话的纠错。[0028]能够向将数据存储至存储器100的程序标识包括放松错误约束的区域。定制应用然后能够利用所标识的精确度作为近似感知算法并能够将特定的数据指派给合适的区域例如，区域101、102和103之一）。[0029]例如，定制应用可以生成编码数据110,编码数据110包括可被标识为对输出质量最重要的位高重要位111、能够被标识为对输出质量重要的位（中等重要位112和能够被标识为对输出质量较不重要的位低重要位113。这里，高重要位111要求最高的精确度以确保输出质量。因此，高重要位111被存储在第一类型区域101中。高重要位111的示例是数据块的头部。中等重要位112可以被存储在第一类型区域101中，或将中等重要位112存储在第二类型区域102中就足够了。然后低重要位113能够被存储在最放松的错误率区域例如，第三类型区域103中。[0030]尽管示出了三种类型的区域，但是在一些情况中可以使用两种类型的区域，在一些其它情况中可使用多于三种类型。区域类型的数目可以取决于使用存储器的具体应用。在一些情况中，类型的数量是可编程的，并且能够在制造之后被调节，甚至能够被重新编程。[0031]每个区域的存储器单元可以是相同类型的单元，在该情况中，不同的区域通过如何解释单元的值来被获得。也就是说，针对多级单元的读写过程能够控制单元属于哪类存储器区域。例如，通过调节阈值甚至通过指派特定的电阻范围），四级别的多级单元能够被用于存储1位或2位。[0032]这在图2A-2C中被图示，其示出了具有指派的不同阈值的四级别单元的模拟（电阻范围X轴），以提供1位图2A和2位图2B和图2C的存储。X轴范围是对数标度。[0033]相变存储器单元将信息存储在硫属化合物材料的电阻中，其中硫属化合物材料提供了足够宽范围的电阻以允许多级单元。电阻基于单元中的非晶体和晶体材料的量而改变，其中非晶体和晶体材料的量能够通过对材料应用不同振幅的电流脉冲来控制。对于SLC，单位的信息以完全非晶态高电阻或几乎晶态低电阻被存储。由此，参考图2A，四级别单元可通过向目标阈值指派‘1’和‘0’被编程为SLC方式的二级别单元。[0034]由于高电阻级别与低电阻级别之间的高边界，针对SLC的写入电路能够不如针对MLC的写入电路精确。因为每个MLC级别窄于SLC级别，所以写入电路更精确并且通常采用应用写入脉冲随后读取单元的迭代过程，以验证电阻在目标级别边界例如，2T内。MLC包含将它们的模拟状态映射到数字信息中的电路。模拟值的每个范围（级别映射至某一二进制值或“位模式bitpattern”）。在写入操作时，写入电路迭代地应用脉冲并验证是否达到目标级别。在图2A-2C中，最终的写入电阻被建模为该级别的目标电阻周围的正态分布。[0035]图2B图示了针对具有从最低至最高电阻的1^、1^丄2和1^级别（对数标度）的4级单元的示例性映射，其中‘10’被映射至最低电阻带、‘11’被映射至第二最低电阻带、‘01’被映射至第二最高电阻带、以及‘〇〇’被映射至最高电阻带。当然，其它映射可以被使用。实际上，在一些实施方式中，将某些位模式的映射优化至特定的电阻范围是可能的。例如，被指示为具有大量‘00’模式的数据流能够被存储在‘00’被映射到范围的可具有较少漂移错误的具体部分例如L3见图2B和图2C的单元中，这将在下文更详细地讨论。[0036]在一些情况中，能够基于范围的频率为它们指派二进制值，其中将最通用指派给失效最少的级别，并将第二最通用指派给具有第二至最少失效率的级别等等。在一些情况中，将最通用指派给失效最少的级别并将Gray码用于其它单元，从而使用Gray码约束但以使该类单元的集合错误率的方式指派值最小化。[0037]例如，如果确定‘00’是最通用的位模式、然后是‘10’、然后是‘01’、然后是‘11’，以及如果如上所述确定发生多级单元的漂移其中最高和最低级别未漂移，但是第二和第三级别漂移且第三级别漂移最多），则可将‘〇〇’指派给第四级别。对于使用Gray码的情况，在该情况中级别与级别之间仅变化1位，第三级别的位模式的选择是‘01’或‘10’。由于‘01’不比‘10’通用且第三级别具有最严重的漂移，则将‘01’指派给第三级别。接下来，对于第二级另IJ，根据Gray码必须选择‘11’。最后，将‘10’指派给第一级别。[0038]典型地，对每个电阻范围的划分是均匀的并且每个级别位于2T或例如图2A中的4T的目标级别边界内，其中距级别分布的波峰的大于B的距离BT可导致指示单元的下一级别的值。Gray码可用于使相邻级别之间的汉明距离最小化。[0039]PCM的均匀划分的示例是最小电阻带Lo:103-104Ω、第二最小电阻SL1:IO4-IO5Ω、第二最高电阻带L2=IO5-IO6Q、以及最高电阻带L3=IO6-IO7Q。写入过程通常以这些均匀划分的带的中点例如，分别1〇3·5Ω、104·5Ω、1〇5·5Ω、1〇6·5Ω为目标。[0040]PCM单元能够遇到两种类型的错误一写入错误和漂移错误。当写入电路不能在超过最大迭代次数之前将单元电阻设为目标级别时发生写入错误，这将单元留在不期望的电阻级别。在PCM中，材料松弛导致单元电阻漂移至较高电阻级别，这导致第二类错误一漂移错误。电阻漂移由材料的结构松弛导致，这随时间使电阻增大。电阻越大，漂移越强。单向漂移增加了单元电阻并且高电阻级别的漂移效应比低电阻级别的漂移效应更明显。[0041]其中的含义是即使单元最初被正确地在电阻范围2Τ内）写入，它可随时间漂移至不同的值，这导致软错误（例如，如果Lo值漂移到Lo+B外）。由于L3是4级电阻范围的最高级另IJ，则在L3中漂移至较高电阻不会导致错误。相反，1^变为经受漂移错误最多的级别并常在单元的组合软错误中占据主导。如此，均匀单元中的第二最高级别（图2B中的L2变为最易漂移的级别，并在组合的漂移错误率占据主导。在具有多于四级别的MLC中可以看到类似的效应。[0042]根据本文描述的某些实施方式，因漂移和其它磁化率）引起的错误使用近似存储以受控的方式暴露于应用。除了近似存储以外，在一些情况中，可以包括例如以下的减轻漂移的方法:存储器清理、纠错、或合并多个级别以建立聚合级别，其中聚合级别足够宽以至于跨级别边界概率可被忽略例如，三级别单元）。[0043]由于单元电阻范围中的带的大小和位置确定由写入过程和漂移引起的错误数目，所以通过改变单元的电阻范围以及位如何被映射至单元而使某些类型的错误最小是可能的。[0044]图2C示出了使用偏置使漂移错误最小化的实施方式。代替均匀的级别分布（S卩，所有级别在图2B对数空间）具有相同的大小），可实施偏置级别，在偏置级别中模拟值范围被调谐以使组合的（写入和漂移错误率最小化。偏置级别在对数空间范围呈现为不均匀。[0045]例如，在上述的映射中，使第二最高电阻带较宽（例如，105-106·5Ω，同时在写入操作期间仍以1〇5·5Ω为目标将导致PCM中的较少漂移错误。[0046]如图2C所示偏置重定位每个电阻级别和重新调节每个电阻级别的大小。组合的漂移错误率能够通过均衡每个单独级别的漂移错误率假设所存储的数据映射均匀地映射至每个级别）而被最小化。如图3C所示，漂移更容易作用的级别具有较宽的值范围，即较高电阻级别。级别偏置能够基于自最后一次写入起的固定消逝时间（“清理间隔”）被优化。这假设系统在此清理间隔清理存储内容并将电阻级别重置为目标电阻。值得注意的是，单元将以不同的清理间隔工作，但是与它们被优化的间隔相比它们将经受更高的错误率，因为级别的错误率未被完全均衡。[0047]偏置从每级别具有相等的带Bb的中点改变目标电阻以在左侧形成窄带〇和在右侧形成较宽带（Bi以留出更多的空间用于漂移。然而，随着目标电阻移至较低值且D减小，因为写入电阻分布的尾部更接近级别的下端，所以写入错误率开始增大。因此，D和Bi的大小是写入错误率与漂移错误率之间的权衡。对于其它技术的漂移，这种关系和解决方案可以是不同的。例如，一些技术可以经受到范围中的较低值的漂移。其它技术可以经受到值整个范围中的中心值或具体值范围的漂移。对于这些类型的技术中的任一个，可进行偏置以在可能发生漂移的方向形成较宽的带。[0048]由此，某些实现包括调谐不均匀的带大小例如，根据指数的对数标度中的不均匀的范围）和写入操作目标到可能不同于带中点的值）以设置配制中的单元错误率，其可以产生所存储的图像或通常任意编码数据的较小质量下降。[0049]附加地或备选地，某些实施方式包括改变值如何映射至级别，例如在较少可能经受错误的级别（例如，在具有最少如果有）的因漂移引起的错误的最高电阻带放置针对具体算法较通常的值。除了允许2位的存储以外，四级别单元能够以优化方式将其具体值指派给具有2T边界的每个目标阈值。例如，如图2B和图2C所示，‘10’可以被映射至最低电阻级别，而‘11’可以被映射至下一最高电阻级别。然而，在一些其它情况中，‘11’可以被映射至最低电阻级别，‘10’被映射至下一最低电阻级别。映射可基于模式出现而被指派。例如，对于具有大量的‘10’模式的应用，‘10’可被映射至最高电阻级别。为级别重新指派值的另一示例性用途是使相邻级别中变化的位数最小化。[0050]图3图示了用于可编程存储精确度的存储器系统。存储器300可通过包括例如用于动态改变多级单元存储例如，闪存和PCM的阈值的电路301来实施存储器100以及图2A-2C中所示的电阻阈值的任一或所有）。代替被调谐用于通用行为的硬编码阈值，用于动态改变阈值的电路301能够实施可变的阈值。也就是说，指示用于存储器单元的级别的阈值能够针对具体应用（或数据类型）而被优化。例如，可为单元中的不同值创建非对称范围。PCM使用电阻值，然而，其它存储器可使用包括电压值的其它物理特性。[0051]另外，在一些情况中，区域可被分配有具体错误代码。在该情况的一些中，电路301可用于实施可变的纠错。也就是说，单元的错误率能够根据该单元所属的区域的错误约束而使用不同的纠错级别来修改。电路301可以是在芯片上或存储器控制器的一部分，并包括寄存器、解码逻辑以及可选地用于寄存器中数据的外部控制的逻辑。存储器控制器能够包含用于控制存储器的各方面的控制逻辑的至少一部分；另外，一些控制逻辑可在存储器自身和系统的其它部分上。[0052]在一些情况中，存储器300是基于工业标准的存储器卡，例如在移动电话、数字摄像机、平板电脑、平板手机、笔记本电脑和其它计算设备中可用的紧凑式闪存CF、多媒体卡MMC或安全数字（SD非易失性存储器卡。实施存储器300的SD图片存储器或被编码且包含不同容错的可标识位的其它数据类型）包括电路301以存储可编程的阈值和基于数据属性的不同映射例如，基于容错和或位模式的映射）。[0053]32GB通用SD能够充当例如用于80GB数据的图片存储器，其包括电路301，电路301包含存储级别信息（例如，级别的阈值）以允许将更多容错位存储到更密单元中的寄存器。在一些情况中，SD包括允许对存储在寄存器中的值进行外部控制的逻辑。在一些情况中，代替对存储在寄存器中的值的外部可编程控制，SD可具有拥有不同版本精确度的硬连线级另IJ阈值，其中硬连线级别阈值可在制造或在过程中的其它适当步骤时被建立。[0054]在具有合适的存储器300的情况下，访问存储器300的操作系统310包括利用存储器300的手段。也就是说，包括用于数据的精确度级别的属性，使得操作系统310能够向存储器300指示与数据的某些位和或字节相关联的精确度级别。该指示能够包括标记。在一些情况中，操作系统310可接收多个图像或其它数据），并通过例如与用于存储器300的存储器控制器通信以指示针对位或字节集的精确度级别，来将标识有相同重要级别的数据发送给相同类型的存储器单元。图IA和图IB中所示的示例示出了三个精确度级别（以及对应的三种类型的区域）；然而，粒度可以被调节使得存在更多级的存储器以及更多级的位类型重要性。[0055]操作系统310可包括标识正被存储的数据的数据类型（以及对应的合适的存储精确度级别）的功能。附加地或备选地，操作系统可以经由应用编程接口（API320暴露不同的存储精确度级别，从而应用330能够更容易地为操作系统310标识具体数据是否能够被存储在具有放松要求的存储器单元中。[0056]应用330被建立或修改以能够将图像或一些其它编码数据）的编码位的相对优先级指派为不同错误敏感性和所导致的质量损耗种类。在与操作系统310通信以将数据存储在存储器300中时，应用330为其数据请求或指示不同的精确度级别。不论由操作系统310理解还是经由API320理解，操作系统310和或存储器300的）存储器控制器然后根据单元的期望错误率，将不同错误敏感性种类中的位映射到不同的单元种类。[0057]由此，如图3所示的操作环境能够包括一个或多个存储器芯片（存储器300，存储器芯片由存储器控制器或读取写入控制器编程以具有为具体应用330优化的阈值和或错误代码）。指派特定的精确度级别能够由系统执行，但是取决于应用和或情形。例如，存储某类例如JPEGXR图像的应用330能够使用具有被优化用于存储JPEGXR的阈值的存储器300。在一些情况中，操作系统310和或存储器控制器能够基于存储数据的应用的类型访问（存储在精确存储器和或寄存器中的）简档以获得系统参数。用户还能够指定他们的图像的最终质量。[0058]被编程的阈值还可以取决于存储的位置。图4A-4C图示了各种操作环境和对应的存储位置。例如，如图4A所示，云存储401能够从在计算设备403上执行的应用330接收图像402。计算设备403可以是或包括服务器、个人计算机、移动设备、可穿戴式计算机、游戏系统和电器中的一个或多个。图4A所示的操作环境的一种情形是向MicrosofiOneDrive®账户发送图像402的蜂窝电话。被编程的阈值的数目和实施云存储的特定的存储器类型（例如，闪存、PCM等可被选择以适于处理对云存储常见的大量数据。在利用此情形的一种实施方式中，计算设备403可以是对位于设备上的图像402越长时间未被访问的副本越强制降低其质量的电话。图像402可作为较高质量副本被存储在云存储401中，计算设备403可从该副本恢复高质量图像。[0059]在图4B所示的示例中，从应用330接收图像405的存储404是执行应用330的设备406上的（或与其相关联的）本地存储。继续蜂窝电话示例，在此操作环境中，图像405例如通过例如在图像由蜂窝电话的摄像头捕获时）将来自暂时存储407的图像写入至计算设备406的存储404的数据存储408,而被存储在蜂窝电话的存储器中。应用330还可被存储在存储系统404的应用存储409中。在一些情况中，数据存储408和应用存储409可以是相同的存储器芯片的一部分，而暂时存储404是可以与计算设备406的处理器分离或集成例如，在芯片上）的高速缓存的一部分。在一些情况中，暂时存储407是与数据存储408同一芯片上的区域。当然，特定的配置取决于设备和技术。[0060]如之前所指出的，被编程的阈值的具体数量能够基于设备406的容量和存储需求，设备406可以是或包括服务器、个人计算机、移动设备、可穿戴式计算机、游戏系统和电器中的一个或多个。在蜂窝电话示例中，存储404的20%可被分配用于存储器的最精确区域，从而存在足够的空间以用于应用存储404和重要的数据，而剩余的存储404可具有较高的允许错误率例如，更密或具有较少用于纠错的位）。[0061]在图4C所示的示例中，存储410能够与通过因特网414经由web浏览器413从计算设备412接收上传的图像411并将图像存储在与存储410相关联的服务器415的网站相关联。尽管在以分离的表示示出，但是图4C所示的示例可在图4A所示的环境中实现。例如，网站可以由云服务托管和或相关联的存储可以是云存储。在其它情况中，指定的服务器用于托管网站并存储相关联的数据。这些设备的需求和容量能够影响阈值的数目和在每个阈值可用的存储量的分配。[0062]存储基片substrate优化[0063]PCM存储基片可以被优化，以提供高密度，经由偏置提供合理的错误率，并且提供极低频率的清理。在示例研究中，PCM存储基片经由偏置被优化以使错误最小化，并且经由选择性的纠错被调谐至不同的错误率级别。此优化针对特定的图像加密算法、近似感知渐进变换编解码PTC而被执行。[0064]在优化中，单元电阻级别到它们的数字值的映射被调节，以便执行偏置用以优化PCM单元从而平衡写入错误与漂移错误，然后优化的单元利用选择性的纠错被调谐以匹配希望这些单元存储的、由PTC编码的位。例如，多级PCM单元设计可以在相当高的错误率例如，1〇_3时针对高密度例如，3X而被优化。[0065]所描述的优化以4级配置（2位单元实现低错误率并且以8级配置3位单元实现相当低的错误率。[0066]为了优化，PCM单元的电阻范围被划分为偏置级别。一旦电阻范围被划分为偏置级另IJ，下一步骤是将数字值映射至个体偏置级别。在一般图像和PTC编码的图像中，0是最常见的（‘〇〇’用于4级单元并且‘000’用于8级单元），所以值0被映射至不受漂移影响的最高级另IJ。不存在图像的其它值看起来比余下的值更常见，所以使用简单的Gray码为剩余的级别指派值。[0067]在案例研究实施例的优选实施方式中，使用三个单元配置:精确配置、4级配置和8级配置。4级配置和8级配置以其原始形式都未实现固态存储产品的已公布的不可纠错的误位率（1Γ16，但是可以实现可以被纠错至商用可靠性级别的相当低的错误率。即使对于具有较高错误率的8级单元，纠错的存储开销也低于100%，所以甚至利用此开销，偏置的8级单元与未纠错的偏置的4级单元相比，提供更密的存储。[0068]不幸的是，即使在偏置之后，将建模电路用于16级单元也导致了太高的错误率写入错误率大约为HT4是合理的，但是在1秒的写入操作之后漂移错误率却是无法忍受地高一HT1，并且该错误率不能利用足够低的存储开销通过纠错而被降至用以证明级数增加正确的合理的错误率。2级单元和3级单元被用作精确基线，因为它们显示了极低的错误率。在一个方面，2级单元更简单且更快。在另一方面，3级单元以被认为精确的仍然足够低的错误率提供更高的密度。4级单元和8级单元然后用作近似存储器单元。[0069]甚至在偏置之后，漂移可能仍然是个长期的问题。为了减轻过度的漂移，可以使用清理来重写单元并使电阻级别降回来。基于在下面更详细描述的PCM单元模型，希望清理周期为3个月（IO7秒量级。每千兆位存储100位秒量级的平均存取带宽是可忽略的数字。而且，如果无论如何数据将要被清理，则这可能还是一个执行损耗平衡的好机会。[0070]一旦单元被优化，单元可以被调谐以提供不同的错误率级别。存储控制器负责提供各种纠错码，每个纠错码位于由元数据存储所需的存储开销和所提供的错误率降低限定的空间中的不同点。原理上，这导致更高的控制器复杂性，但是实践中在相同族例如，BCH-4和BCH-16中使用多个代码可以保持复杂性得到控制。[0071]控制器还负责将存储组织成区域，每个区域具有不同的纠错强度。控制器将区域至配置映射存储在表中，该表驻留在控制器中且由预配置的精确的存储区域支持，其在电力循环期间存留该映射。系统软件将特殊的配置命令发送给控制器以分配和配置区域。一旦被配置，控制器使用所请求的地址和区域至配置映射中的信息确定该请求针对哪个区域和在为该请求服务时使用的合适的纠错强度。不同区域的数目小（例如，在此示例中为8，所以区域至配置映射可以支持可变大小区域并完全关联。[0072]具有不同纠错的区域具有不同的元数据开销。如此，不同的区域需要不同数目的单元来存储相同数目的数据位。整个存储空间可以两种方式之一被管理。静态管理在制造时将存储简单地划分成多个区域。这种方法不灵活，它不允许不同比例的存储专用于一个区域。第二种方法是允许区域的动态重配置以匹配应用需求。在此情况中，区域大小重调节导致附加的复杂性。假设存储设备在制造时使所有区域默认地被初始化为最强可用纠错，当区域第一次被配置时，其密度增长因此可用的大小也增大。应对它的简单方式是将此区域暴露为两个区域，一个具有重新配置之前的原始大小的区域以及具有剩余存储的虚拟区域。这使得寻址更简单。如果系统能够在别处容纳剩余区域的内容，则区域能够仅被重配置为更小的大小。[0073]评估设置[0074]定制仿真基础设施用于多级单元仿真。质量测量基于KodakP⑶图像集中768X512像素分辨率的24灰度级原始图像。图5A和图5B分别概括了用于4级单元和8级单元的配置和参数设置。图5A示出了均匀的u和偏置的（b4级单元参数的表URt表示级别的平均电阻，Rb表示级别的上边界处的电阻。图5B示出了均匀的（u和偏置的b8级单元参数的表2。注意，与均匀的单元相比，偏置单元使目标级别（logRT和级别边界（logRB朝向低电阻移动适当的量，这导致以增大的写入错误为代价的较低的漂移所引致的错误。偏置单元的写入错误率根据应用的特性被设置为1Γ6。整体漂移错误率能够通过均衡所有级别的漂移错误率除了第一级别和最后一个级别）而被最小化。单元在被写入之后以清理间隔t=IO7约3个月被优化。在清理期间，它们的原始目标电阻被恢复。[0075]所建议的系统由两个度量评估:峰值信噪比（PSNR和存储器密度。PSNR逐个像素比较原始图像与解码图像，其中解码图像包含来自有损压缩算法例如，量化和存储器子系统的错误在此情况中，未纠正的写入错误和漂移错误KPSNR值越高，原始图像与重构图像之间的差别越小。[0076]近似存储器系统使用来自若干目标PSNR级别（S卩35dB、38dB、40dB和42Db的图像进行评估。对于大多数图像，40-42dB范围表示高图像质量且失真在视觉上几乎无法察觉；然而38dB和35dB分别表示普通质量和低质量。由于近似存储器系统中的非确定性错误模式，每个图像的100个样本在该标准检查程序benchmark中运行并且使用最小PSNR，这给出了重构图像的质量的下界。存储器密度被定义为由单元存储的数据位的数目。易出错存储器例如，PCM通常使用纠错码ECC以从某一数目的错误恢复。纠错位的存储开销可以使存储器密度降低。[0077]对于已确定容错类的目标错误率的定制应用，PCM基片可被优化用于定制应用。在示例性的案例研究中，通过经由偏置优化单元来将基片优化用于任意清理率IO7S或近似3个月）。图6示出了随均匀的和偏置的PCM单元的时间变化的组合的原始误码率RBER的曲线图。这里，示出了对于4级单元和8级单元而言偏置对错误率的作用，报告了跨所有级别的组合的错误率。由于漂移作用，错误率随时间增长。[0078]最初，使用4级和8级的均匀单元均匀的4LC和均匀的8LC。如所期望的，4级单元的错误率总是低于8级单元的错误率，因为较少的级别允许更多的空间用于每个级别中的漂移。然而，这两种类型的单元即使仅在写入之后的1个小时就开始呈现过度高的错误率。相反，偏置的4LC在该时间范围保持极低的漂移错误率（IO1t3S处的10，。偏置的4LC的原始误码率RBER由写入错误占据主导。将最高密度与相当低错误率结合的偏置8LC在IO7s处提供大约HT3的错误率的良好权衡，比均匀的8LC低2个数量级。幸运地，它还满足最多容错位（g卩，精细位）的需求。这允许不对所有这些位使用纠错，从而消除了不必要的元数据开销。[0079]图7示出了具有增大的清理间隔的密度的曲线图，其对均匀的和偏置的PCM单元进行比较。图7提供了哪个单元配置在示例性实施方式的整体密度与清理开销之间提供最佳权衡的观点，该示例性实施方式包括纠错以将不可纠错的误码率UBER维持在商用错误率10—16dLC和3LC单元具有如精确存储器一样低的RBER，因而不需要纠错。3LC提供了2LC的1.58\的更高密度。均匀的单元（8卩，礼：、81^：和161^的密度尽管对于短清理间隔（太短以致于不引人注意）高，但是在较长的间隔因为漂移引致错误快速产生而急剧下降。相反，偏置抑制了漂移错误率的显著增长:偏置4LC具有稳定的1.86X密度增益（由写入错误引起的），偏置8LC经历更加平滑的密度下降从而在大约3个月（IO7s之后实现了2.28X的密度改进。[0080]一旦用于定制应用的算法错误率要求被确定，并且基片被优化用于最低可能错误率，算法和基片能够经由纠错进行匹配。这依赖于理解纠错机制的存储开销与其纠正力量之间的权衡。图8示出了比较512数据位块的纠错码ECC的容量与开销的曲线图。在图8中，提供了各种纠错机制具有存储开销）、以及原始误码率RBER与不可纠错的误码率UBER之间的对应关系。[0081]单纠错和双检错SECDEDECC在72位中纠正一个错误并检测多达两个错误，每个BCH码纠正512数据位加开销中多达指示数目的错误。能够基于定制应用的具体类的位的需要错误约束选择用于存储器区域的合适的纠错技术。在一些情况中，可能不需要附加的纠错。在其它情况中，使用一些附加的纠错方案。例如，如果期望一种纠错机制接受HT3的RBER并产生HT16的UBER，则曲线显示BCH-16是以最低存储开销31.3%提供此容量的代码。类似地，能够看出BCH-6以11.7%的开销提供10_6的UBER，这对某些低重要位它们可以构成正被存储的位中的大多数来说是足够的。[0082]还值得注意的是，随着RBER增大，维持相同UBER所需的代码强度迅速增长。这突出了偏置的价值:要不是其使错误率降低2个量级，8级单元设计将提供如此高的RBER，以致于纠正所有错误的开销将过高。[0083]为偏置优化所选择的清理周期在某种程度上是任意的。为了说明使用具有其它清理间隔的相同的描述的单元设计的效果所以单元被“超出规定地”用于不同的清理间隔），在不同的清理间隔上执行仿真。如果间隔短于规定，则写入错误占据主导；如果间隔较长，则代替地漂移错误占据主导。[0084]图9示出了图示ECC存储开销与清理间隔之间的权衡的图表。对于每列，第一行中的代码被应用于彻底纠错TC中的所有位;选择性纠错SC将第一行ECC用于MBl中的控制和行程长度位，将第二行ECC用于其它MB中的控制和行程长度位，并留下所有的精细位不被保护。第三行示出了用于SC的总开销。在图9中，能够看出纠错选择针对不同的清理间隔如何变化假设〈ldB的质量下降）。[0085]图9中的图表在每个间隔将彻底纠错偏置8LCTC与选择性纠错偏置8LCSC并列比较。随着清理间隔增大朝向X轴右侧），必须采用更强的ECC机制抑制漂移错误率的增长，这导致更大的存储开销。在另一方面，较大的间隔减少了系统功耗、由数据移动引起的带宽开销和由清理产生的校验位计算。[0086]尽管IO7秒被选择作为密的近似图像存储系统的目标清理间隔，但是如果更高的密度是最优先的，则对其它系统而言更短的间隔也是可接受的。然而这些结果的中心思想是:仅在需要时选择性地应用纠错能够显著地减少密度损失同时使存储器具有算法要求的错误率，如每对线条中的巨大差别所证明的。通过包括偏置（以IO7的清理间隔被优化），仅需要10.22%从几乎32%下降到存储开销，这导致能够达到2级基线的2.7X的存储密度。[0087]本文描述的框架容易地适用于其它技术，例如闪存，尤其多级闪存（例如，TLCNAND闪存）。在这些设备中，ECCBCH和LDPC是常见的）被应用于512字节或更大，例如1024字节）的扇区。图10示出了比较512字节块数据典型地闪存上的ECC的容量与存储开销的曲线图。每个代码能够纠正512字节闪存扇区中的指示数目的错误和增扩的ECC校验位。[0088]现有研究报告TLCNAND闪存设备具有初始的KT4的RBER，其随程序擦除循环的数目逐渐增加。由此，TLC闪存可为存储需要最高精确度的位的单元使用BCH-16,为需要较低精确度的位使用BCH-6,并且需要最低精确度的剩余位可能不被纠错。RBER随同程序擦除循环增大，所以逐渐要求更强的ECC。例如，RBER在大致3000个程序擦除循环之后达到ΚΓ3。此时，选择性纠错和彻底纠错的密度改进分别降低至2.88X和2.49X，使选择性纠错更具吸引力。[0089]协同设计的数据编码和存储机制提供更密的近似存储。通过标识编码位对输出质量的相对重要性和根据所标识的相对重要性执行纠错，能够增大存储容量。级别偏置可被进一步并入存储中以降低经受漂移的基片中的错误率。有利地，所描述的系统和技术适用于各种存储基片。[0090]本发明的某些方面提供了下面的非限制性实施方式。[0091]示例1.一种用于动态近似存储的存储器芯片，包括:存储器单元阵列，阵列包括至少两个区域;至少一个阈值寄存器，至少一个阈值寄存器用于存储用于与至少两个区域中的每个区域相对应的存储器单元的阈值的值；以及控制逻辑，控制逻辑用以可编程地调节用于存储器单元的所述阈值的所述值。[0092]示例2.根据示例1的存储器芯片，其中阈值的值表示电阻阈值。[0093]示例3.根据示例2的存储器芯片，其中用于针对至少两个区域中的至少一个区域的存储器单元的电阻阈值指示对数标度电阻带中的非均匀性。[0094]示例4.根据示例1的存储器芯片，其中阈值的值表示电压阈值。[0095]示例5.根据示例1-4的任一个的存储器芯片，其中存储器单元包括单级单元或多级单元中的至少一个，其中至少两个区域具有对应的至少两种类型的可用的纠错开销。[0096]示例6.根据示例1-5的存储器芯片，进一步包括控制器，控制器提供各种纠错码，其中控制器存储区域至配置映射，以指示至少两个区域中的请求所针对的合适的区域和来自各种纠错码中的一个纠错码的用以服务于请求的合适的纠错强度。[0097]示例7.根据示例1-6的任一个的存储器芯片，进一步包括用于存储位模式表的至少一个位模式映射寄存器，位模式表将特定位模式映射至至少两个区域中的区域中的至少一个区域的多级单元中的特定级别，其中控制逻辑进一步包括用以可编程地指派被映射至特定级别的特定位模式的控制逻辑。[0098]示例8.根据示例1-7的任一个的存储器芯片，其中存储器芯片是安全数字SD非易失性存储器卡。[0099]示例9.一种控制用于动态近似存储的存储设备的方法，包括:修改被存储在阈值寄存器中并且与存储器的区域中的至少一个单元相关联的至少一个值，以将偏置应用于至少一个单元，存储器包括至少两个区域，其中偏置调节单元中值的范围。[0100]示例10.根据示例9的方法，进一步包括:将位模式指派给单元中的值的范围中的每个范围。[0101]示例11.根据示例9或10的方法，进一步包括:将第一级别的纠错指派给至少两个区域的中一个区域，以及将第二级别的纠错指派给至少两个区域中的第二区域。[0102]示例12.根据示例9-11的任一个的方法，其中偏置产生对数标度范围中的非均匀性。[0103]示例13.根据示例9-12的任一个的方法，其中该存储器是相变存储器并且该值表示电阻值。[0104]示例14.根据示例9-12的任一个的方法，其中该值表示电压值。[0105]示例15.根据示例14的方法，其中存储器是多层闪存存储器。[0106]示例16.—种移动设备，包括:处理器;存储系统，存储系统包括:存储器芯片，存储器芯片包括:存储器单元阵列，阵列包括至少两个区域;至少一个阈值寄存器，至少一个阈值寄存器用于存储用于与至少两个区域中的每个区域相对应的存储器单元的阈值的值；以及控制逻辑，控制逻辑用以可编程地调节用于存储器单元的阈值的值；以及定制应用，定制应用被存储在存储系统上，并且包括在由处理器执行时将数据存储在存储器芯片上的指令，其中数据具有利用至少两种类型的错误约束标识的位。[0107]示例17.根据示例16的移动设备，其中用于针对至少两个区域中的至少一个区域的存储器单元的阈值指示对数标度范围中的非均匀性。[0108]示例18.根据示例16或17的移动设备，进一步包括提供各种纠错码的控制器。[0109]示例19.根据示例18的移动设备，其中控制器存储区域至配置映射，以指示至少两个区域中的用以存储数据的请求所针对的合适的区域和来自各种纠错码中的一个纠错码的用以服务于请求的合适的纠错强度。[0110]示例20.根据示例16-19的移动设备，存储位模式表的至少一个位模式映射寄存器，位模式表将特定位模式映射至至少两个区域中的区域中的至少一个区域的多级单元中的特定级别，其中控制逻辑进一步包括用以可编程地指派被映射至特定级别的特定位模式的控制逻辑。[0111]示例21.根据示例16-19的移动设备，其中该阈值的值表示电阻阈值。[0112]示例22.根据示例16-19的移动设备，其中该阈值的值表示电压阈值。[0113]不例23.—种用于执行不例9-15的任一个的方法的系统或产品。[0114]示例24.—种系统，包括用于修改被存储在阈值寄存器中并且与存储器的区域中的至少一个单元相关联的至少一个值，以将偏置应用于至少一个单元的装置，存储器包括至少两个区域，其中偏置调节单元中值的范围。[0115]应该理解，本文描述的示例和实施方式仅用于说明目的，对本领域技术人员教导其各种修改或改变并且该修改或改变包括在本申请的精神和范围内。[0116]尽管主题用结构特征和或动作专用的语言描述，但是将理解，所附权利要求中定义的主题不一定限于上述的具体的特征或动作。然而，上述的具体的特征和动作作为实现权利要求的示例被公开，其它等同的特征和动作旨在权利要求的范围内。

权利要求：1.一种用于动态近似存储的存储器芯片，包括：存储器单元阵列，所述阵列包括至少两个区域；至少一个阈值寄存器，所述至少一个阈值寄存器用于存储用于与所述至少两个区域中的每个区域相对应的存储器单元的阈值的值;以及控制逻辑，所述控制逻辑用以可编程地调节用于所述存储器单元的所述阈值的所述值。2.根据权利要求1所述的存储器芯片，其中所述存储器单元包括单级单元或多级单元中的至少一个，其中所述至少两个区域具有对应的至少两种类型的可用的纠错开销。3.根据权利要求1所述的存储器芯片，其中阈值的所述值表示电阻阈值。4.根据权利要求3所述的存储器芯片，其中用于针对所述至少两个区域中的至少一个区域的所述存储器单元的所述电阻阈值指示对数标度电阻带中的非均匀性。5.根据权利要求1所述的存储器芯片，其中阈值的所述值表示电压阈值。6.根据权利要求1所述的存储器芯片，进一步包括控制器，所述控制器提供各种纠错码，其中所述控制器存储区域至配置映射，以指示所述至少两个区域中的请求所针对的合适的区域和来自所述各种纠错码中的一个纠错码的用以服务于所述请求的合适的纠错强度。7.根据权利要求1所述的存储器芯片，进一步包括用于存储位模式表的至少一个位模式映射寄存器，所述位模式表将特定位模式映射至所述至少两个区域中的所述区域中的至少一个区域的多级单元中的特定级别，其中所述控制逻辑进一步包括用以可编程地指派被映射至所述特定级别的所述特定位模式的控制逻辑。8.—种控制用于动态近似存储的存储设备的方法，包括：修改被存储在阈值寄存器中并且与存储器的区域中的至少一个单元相关联的至少一个值，以将偏置应用于所述至少一个单元，所述存储器包括至少两个区域，其中所述偏置调节单元中值的范围。9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：将第一级别的纠错指派给所述至少两个区域的中一个区域，以及将第二级别的纠错指派给所述至少两个区域中的第二区域。10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：将位模式指派给所述单元中的所述值的所述范围中的每个范围。11.根据权利要求8所述的方法，其中所述偏置产生对数标度范围中的非均匀性。12.—种移动设备，包括：处理器；存储系统，所述存储系统包括：存储器芯片，所述存储器芯片包括:存储器单元阵列，所述阵列包括至少两个区域；至少一个阈值寄存器，所述至少一个阈值寄存器用于存储用于与所述至少两个区域中的每个区域相对应的存储器单元的阈值的值；以及控制逻辑，所述控制逻辑用以可编程地调节用于所述存储器单元的所述阈值的所述值；以及定制应用，所述定制应用被存储在所述存储系统上，并且包括在由所述处理器执行时将数据存储在所述存储器芯片上的指令，其中所述数据具有利用至少两种类型的错误约束标识的位。13.根据权利要求12所述的移动设备，进一步包括控制器，所述控制器提供各种纠错码。14.根据权利要求13所述的移动设备，其中所述控制器存储区域至配置映射，以指示所述至少两个区域中的用以存储所述数据的请求所针对的合适的区域和来自所述各种纠错码中的一个纠错码的用以服务于所述请求的合适的纠错强度。15.根据权利要求12所述的移动设备，其中用于针对所述至少两个区域中的至少一个区域的所述存储器单元的所述阈值指示对数标度范围中的非均匀性。

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