説明

差動式オンライン終端

メモリデバイス及びシステムには、信号線に対するオンチップ終端が組み込まれている。メモリデバイスは、集積回路チップを備える。該集積回路チップは、1対の入力信号を提供する1対の入力信号ピンと、該入力信号ピンの対間に結合されるオンチップ終端回路とを備える。該オンチップ終端回路は、前記1対の入力信号を差動式に終端する。

【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
背景
コンピュータ、サーバ、及び他のコンピュータによる通信手段、記憶装置、及び電子機器内のメモリが、高められた速度及び性能に向けて発展してくるにつれ、メモリ電力消費もまた増加してきた。新世代のメモリ技術は、電力を減少させることのゴールと共に、より低い電圧を実現させるが、デバイスの発展及び技法は、将来のシステム内において電力引き込み(power draw)を低減させることが求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0002】
ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)における旧世代から新世代への、電力引き込み(power draw)を低減させるための最も単純な慣習的なアプローチは、より低い電圧にすることである。例えば、メモリクラス・ダブルデータレート1(DDR1)は、VDD正電力電圧源レール用に2.5Vを使用し、クラスDDR2は、1.8Vを使用し、及びクラスDDR3は、1.5Vを使用する。同一の技術内においてでさえ、頻繁に、より低い電圧グレードが採用される。例えば、DDR2標準規格は、導入時にはもともと1.8Vであった。電子素子技術連合評議会(JEDEC)は、現在、DDR2を、1.5V仕様に発展させている。供給電圧の低減は、電力消費を低減させるための効果的な一方法とすることができるが、頻繁に、より高い電流要件で供給者が補う必要がある。電圧を、ある技術内において低くすることは、全く後方(又は下位)互換性がないコントローラ変更を必要とする可能性があり、従って、より低い電圧の部品を利用するために、新規のサブシステム設計が必要とされる可能性がある。
【0003】
従来のDRAMs及びメモリコントローラは、全てのデータ線及びストローブ線を終端するために、内部プルアップ及びプルダウン抵抗を用いる。標準値は、100オームプルアップ及び100オームプルダウンであるが、他の値も利用可能である。終端レールは、VDD及びGNDである。図4は、オンチップ(ダイ)シングルエンド終端(ODT)回路構成の一例を示す。
【課題を解決するための手段】
【0004】
概要
メモリデバイス及びシステムの実施形態には、信号線に対するオンチップ(ダイ)終端が組み込まれている。メモリデバイスは、集積回路チップ(ダイ)を備える。該集積回路チップ(ダイ)は、1対の入力信号を提供する1対の入力信号ピンと、該入力信号ピンの該対間に結合されるオンチップ(ダイ)終端回路とを備え、該オンチップ終端回路は、該1対の入力信号を差動式に終端させる。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【図1A】信号線に対するオンチップ終端が組み込まれたメモリデバイスの実施形態を表す概略ブロック及び回路図を示す図である。
【図1B】信号線に対するオンチップ終端が組み込まれたメモリデバイスの実施形態を表す概略ブロック及び回路図を示す図である。
【図2】図2A及び図2Bは、メモリ信号線に対するオンチップ終端を利用するシステムの一実施形態を表す概略ブロック及び回路図を示す図である。
【図3】信号線に対する差動式オンチップ終端を利用するメモリ装置を製造するための一方法の一実施形態及び態様を表すフローチャートを示す図である。
【図4】オンチップシングルエンド終端(ODT)回路構成の一例を表す図である。
【実施例】
【0006】
本発明の実施形態は、構造と動作方法との両方に関するものであり、該構造及び動作方法は、以下の説明及び添付図面を参照することによって、最も良く理解され得る。
【0007】
詳細な説明
システム、メモリデバイス、及び関連した製造方法の実施形態は、メモリコントローラ実現形態、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAMs)、デュアルインラインメモリモジュール(DIMMs)、及びこれらに類するものを含むコントローラ及びメモリデバイス内のストローブ線などの信号線に対する差動式オンチップ(ダイ)終端の使用を可能にする。
【0008】
DRAMs、メモリコントローラ、及びこれらに類するものなどのメモリデバイスを、差動式終端用に構成することができる。差動式オンチップ(ダイ)終端を有したメモリデバイスは、(シングルエンド終端を用いる)従来のメモリデバイスを、メモリサブシステムに節電を行わせることを可能にすることによって、及び、真の差動信号により得られる利点によって、改善する。
【0009】
コントローラとDRAMsとの間のVDDレール上の電圧変動に対する耐性を提供するシステム及びメモリデバイスが、本明細書内において開示されている。そのストローブは、VREFレールに対して基準がとられるのではなく、真に差動的である。
【0010】
図1Aを参照すると、概略ブロック及び回路図は、信号線に対するオンチップ(ダイ)終端が組み込まれたメモリデバイス100の一実施形態を表している。メモリデバイス100は、集積回路チップ(ダイ)102を備える。該集積回路チップ(ダイ)102は、1対の入力信号を提供する1対の入力信号ピン104と、該入力信号ピン104の対間に結合されるオンチップ(ダイ)終端回路106とを備え、該オンチップ終端回路106は、該1対の入力信号を差動式に終端する。
【0011】
その例示的な実施態様において、オンチップ終端回路106には、オンチップ終端抵抗108と、第1及び第2のスイッチ110とを含めることができ、該第1及び第2のスイッチ110はそれぞれ、該終端抵抗108を、1対の入力信号ピン104にスイッチ可能に結合する。制御信号ノード112が、オンチップ終端を制御するために第1及び第2のスイッチ110に結合されている。
【0012】
集積回路チップ102には、1対の入力バッファ114を更に含めることができ、該1対の入力バッファ114は、それぞれ、1対の入力信号ピン104に結合される。オンチップ終端回路106は、入力バッファ114と入力信号ピン104との間のノードに結合され得る。
【0013】
様々な実施形態において、入力信号ピン104は、データ(DQ)ピンか、データストローブ(DQS)ピンか、読み出しストローブ(RDQS)ピンか、データマスク(DM)ピンか、又は任意の他の信号ピンとして実現され得る。
【0014】
メモリデバイス100は、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)か、メモリコントローラか、メモリモジュールか、又はこれらに類するもののような任意の適合可能なメモリ装置とすることができる。
【0015】
差動式オンチップ終端回路の機能性を、図4内に示されたシングルエンドオンチップ(ダイ)終端(ODT)回路構成の機能性と対比することができる。シングルエンド構成において、終端がアクティブにされる時には、各信号線は、次いで、もしもその線がトライステートにされている場合には、VDDレールから最低限の(V)/(Rup+Rdown)電力を引き込むことになり、及び、もしもそのレールがハイか又はローである場合には、最大限の(V)/(Rup_or_down)電力を引き込むことになる。DRR2について、100オーム終端値を仮定すると、これは、トライステートにされている間は、信号線当りに、(1.8^2)/(200)=16.2mWであり、信号がハイか又はローに駆動されている時には、最大32.4mWまでである。
【0016】
図1A内に示された差動式オンチップ終端回路に関して、線(例えば、DQS信号線)がトライステートにされている場合には、VDDレールから電流は引き込まれない。信号線が駆動される時には、電力引き込みは、(V)(Rdiff)すなわち(1.8)/100=32.4mWである。その結果は、シングルエンド終端のケースと同じであるように思えるが、その違いは、32.4mWが、1つの信号でなく2つの信号についてであるということである。従って、信号当りの電力引き込みは、差動式終端のケースの場合は、わずかに16.2mWである。信号当りの全省電力は、DQS信号線当り、16.2mWである。36本のDQS信号線を有したシステム又はメモリデバイスでは、4つの広域DRAMsを用いているDIMM上に18個の差動対の特定例において、DDR2 DIMM上の全省電力は、583mWである。
【0017】
この例示的な差動式終端は、従って、駆動線を終端する時には、シングルエンド終端と比較して、約50%の電力を節約することができる。実際には、節約の大部分は、結果が生じることが期待される。何故ならば、トライステート時のシングルエンド終端の場合の著しい電力引き込みと比較して、線がトライステートにされる時に電力が引き込まれる終端はないからである。バスがアイドルである時には常に、差動線はトライステートにされており、任意のシングルエンド終端は電力を使用することになる。バスアイドル時間は共通であるので、差動式終端を有するシステムの場合の省電力は、かなりのものとなる可能性がある。例えば、典型的なシステムは、60%のアイドル時間を有する可能性があるが、より小さな及びより大きなアイドル時間割合いが期待される。従って、差動式終端は、50%の最小省電力を達成するよう期待される。線がトライステートにされる場合の任意のアイドル時間は、更によりいっそう多くの電力を節約する。従って、異なる動作態様について電力が節約され、それらは具体的には、駆動線を終端することに関する節電、バスアイドル時間に関する節電である。
【0018】
全システム節約(トータルシステムセービング)は若干より複雑であり、システムコンンフィギュレーションとアクセススキームとに依存する。幾つかのシステムでは、全てのトランザクション中に、全てのDIMMsが必ずしも終端されるとは限らない。
【0019】
1つの例示的なサーバでは、完全に負荷が掛けられる時には、各チャンネル上に3つのDIMMsが組み込まれるが、該3つのDIMMsのうちの2つのDIMMsだけが終端される。別の例示的なサーバは、チャンネル上に4つまでのDIMMsを有することが可能であり、このケースでは、4つのDIMMsのうちの3つのDIMMsが終端される。
【0020】
1つの例示的なサーバにおいて、2ランクDIMMの両ランクが終端され、これにより、終端当りのDIMMの節電が2倍になる。従って、48個の2ランクDIMMsを有した完全に負荷が掛けられたシステムの全省電力は、48×(2/3)×2×583mW=37.3Wである。380Wの全システム電源能力と比較すると、電力要件(電力要求値)の低減は約10パーセントである。
【0021】
別の例では、第1ランクのDIMMのみが常に終端され、全省電力は、64×(3/4)×583mW=28.0Wである。640Wの全システム電源能力と比較すると、その結果は、電力要件(電力要求値)における、4.4%の低減である。
【0022】
その例は、差動式オンチップ終端における実現可能な省電力を推定するために示されており、様々な設計要因に基づき、より少ないか又はより多い改善を結果として生じさせることが可能である。
【0023】
差動式オンチップ終端は、ストローブ線とデータ線とに対して異なるドライバを使用する将来のDRAM技術に対する電力要件(電力要求値)において、より多くの低減でさえも結果として生じさせることが可能である。現在の技術は、ストローブ線とデータ線との両方に対して同じドライバを使用する。
【0024】
図1Bを参照すると、デバイスのストローブ線に対するオンチップ終端が組み込まれたメモリデバイス100の一実施形態を、概略ブロック及び回路図が表している。オンチップ終端回路106は、メモリデバイス100内においてストローブ線に対する差動式オンチップ終端を提供することができる。集積回路チップ(ダイ)102は、1対の入力ストローブ信号を提供する、1対の入力ストローブピン104Sを備える。該入力ストローブピン104Sの対間に結合されるオンチップ終端回路106は、該1対のストローブ信号を差動式に終端させる。
【0025】
入力ストローブピン104Sは、データストローブ(DQS)ピンか、読み出しストローブ(RDQS)ピンか、又は任意のストローブピンとして実現され得る。
【0026】
図2A及び図2Bを参照すると、メモリ信号線に対するオンチップ終端を用いるシステム220の一実施形態を、概略ブロック及び回路図が示している。システム220は、プロセッサ222と、少なくとも1つのメモリデバイス200とを備える。図2B内の挿入部に示されているメモリデバイス200は、1つか又は複数の集積回路チップ202を備える。集積回路チップ202は、複数の入力信号を提供する複数の入力信号ピン204と、入力信号ピン204の対間に結合される1つか又は複数のオンチップ終端回路206とを備える。該1つか又は複数のオンチップ終端回路206は、入力信号の対を差動式に終端させる。
【0027】
オンチップ終端回路206は、オンチップ終端レジスタ208及びスイッチ210として構成され得る。該スイッチ210は、該終端レジスタ208を、入力信号ピン204の対に選択的に結合させる。制御信号ノード212が、オンチップ終端を制御するためにスイッチ210に結合されている。集積回路チップ202にはまた、入力信号ピン204に結合された入力バッファ214を含めることもできる。オンチップ終端回路206は、入力バッファ214と入力信号ピン204との間のノードに結合され得る。
【0028】
差動式終端がデータ及び他の信号に対して提供される構成に関して、ストローブ信号に加えて、入力信号ピン204は、データ(DQ)ピンか、データストローブ(DQS)ピンか、読み出しストローブ(RDQS)ピンか、データマスク(DM)ピンか、又は任意の他の適合可能な信号ピンとして実現され得る。
【0029】
適合可能なメモリデバイス200の例には、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)か、メモリコントローラか、デュアルインラインメモリモジュール(DIMM)か、シングルインラインメモリモジュール(SIMM)か、又は他のものを含めることができる。
【0030】
幾つかの構成では、メモリデバイス内及びコントローラ内において差動式オンライン終端がストローブ線に提供され得る。例えば、オンチップ終端回路206は、メモリデバイス200内においてストローブ線に対する差動式オンチップ終端を提供することができ、該ストローブ線は、1対の入力ストローブ信号を提供する1対の入力ストローブピン204として構成され得る。入力ストローブピン204の対間に結合されるオンチップ終端回路206は、該1対のストローブ信号を差動式に終端させる。適合可能な入力ストローブピン204は、データストローブ(DQS)ピンか、読み出しストローブ(RDQS)ピンか、又は任意のストローブピンとすることができる。
【0031】
図3を参照すると、信号線に対する差動式オンチップ終端を用いるメモリ装置を製造するための方法の一実施形態及び態様を、フローチャートが示している。メモリ装置を製造するための該方法(300)は、集積回路チップ(ダイ)を組み立て(302)、及び、1対の入力信号を提供する少なくとも1対の入力信号ピンを、集積回路チップ上に形成する(304)、ことを含む。入力信号ピンの対間に結合される1つか又は複数のオンチップ終端回路が、形成される(306)。該オンチップ終端回路(複数可)は、入力信号の対を差動式に終端する。
【0032】
メモリデバイス及びシステムの差動式オンチップ終端は、VDD電圧レベルとは無関係に、及び、終端設定(例えば、終端が、持続性であるか又は動的であるかどうか)とは無関係に、電力要件(電力要求値)の低減を容易にする(終端モードとは無関係に、データバスの利用がより多い時には、より多くの電力が節約されるということが考慮に入れられる)。真に差動式の終端によって、DRAMにおける信号レベルが変化する場合に、メモリデバイスは、コントローラと後方(又は下位)互換性があるのままになる。その例示的な差動式オンチップ終端構成は、差動ストローブ線を終端するために使用されるオンチップ終端レジスタの数を4つから1つに低減させる。
【0033】
本明細書内において使用されている可能性のある用語「実質的に」か、「本質的に」か、又は「約」は、その対応する用語に対する工業界で容認された許容誤差に関するものである。そのような工業界で容認された許容誤差は、1パーセント未満〜20パーセントまでの範囲にわたり、機能性、値、プロセス変動、サイズ、動作速度、及びこれらに類するものに対応する(但しこれらに限定されない)。本明細書内において使用されている可能がある用語「結合される」は、直接結合(直接的な結合)と、別の構成要素か、素子か、回路か、又はモジュールを介した間接結合(間接的な結合)とを含み、ここで、間接結合については、その介在する構成要素か、素子か、回路か、又はモジュールは、信号の情報を変更しないが、その電流レベル、電圧レベル、及び/又は電力レベルを調整する場合がある。推定される結合は、例えば、推定により1つの要素が別の要素に結合される場合には、「結合される」場合と同様の手法で2つの要素間を直接的に及び間接的に結合することを含む。
【0034】
例示的なブロック図及びフローチャートは、製造プロセス中の処理ステップか又はブロックを表している。その特定の例は、特定の処理ステップか又は作用を例示しているが、多くの代替の実施態様も実現可能であり、シンプルな設計を選択することによって通常なされる。作用及びステップは、機能、目的、標準規格に対する適合、レガシー構成、及びこれらに類するものの考慮事項に基づいて、本明細書内の特定の説明とは異なる順序で実行され得る。
【0035】
本開示は、様々な実施形態を説明しているが、これらの実施形態は、例示的なものとして理解されるべきであり、特許請求の範囲を限定しない。記載された実施形態における多くの変形形態、修正、追加、及び改善が可能である。例えば、本明細書内において開示した構成及び方法を提供するための必要なステップを、当業者は容易に実現するであろうし、及び、処理パラメータ、材料、及び寸法は、単なる例示を目的として付与されているということを当業者は理解するであろう。パラメータ、材料、及び寸法は、特許請求の範囲内におけるものである所望の構成並びに修正を達成するために変更され得る。本明細書内において開示した実施形態の変形形態及び修正は、添付の特許請求の範囲内にあるまま、実施され得る。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
メモリデバイスであって、
集積回路チップであって、
1対の入力信号を提供する1対の入力信号ピンと、
前記入力信号ピンの対間に結合されるオンチップ終端回路であって、前記入力信号の対を差動式に終端する、オンチップ終端回路
とを備えることからなる、集積回路チップ
を備える、メモリデバイス。
【請求項2】
前記メモリデバイス内においてストローブ線に対する差動オンチップ終端を備えた前記オンチップ終端回路
を更に含む、請求項1に記載のメモリデバイス。
【請求項3】
前記集積回路チップであって、
1対の入力ストローブ信号を提供する入力ストローブピンの前記対と、
前記入力ストローブピンの対間に結合される前記オンチップ終端回路であって、前記ストローブ信号の対を差動式に終端する、前記オンチップ終端回路
とを備える、前記集積回路チップ
を更に含むことからなる、請求項1に記載のメモリデバイス。
【請求項4】
前記オンチップ終端回路であって、
オンチップ終端レジスタと、
第1及び第2のスイッチであって、該第1及び第2スイッチの各々が、前記終端レジスタを前記入力信号ピンの対にスイッチ可能に結合させることからなる、第1及び第2のスイッチと、
オンチップ終端を制御するための、前記第1及び第2のスイッチに結合された制御信号ノード
とを備える、前記オンチップ終端回路
を更に含むことからなる、請求項1に記載のメモリデバイス。
【請求項5】
前記集積回路チップであって、
1対の入力バッファであって、該1対の入力バッファの各々が、前記入力信号ピンの対に結合されていることからなる、1対の入力バッファと、
前記入力バッファと前記入力信号ピンとの間のノードに結合された前記オンチップ終端回路
とを備えた前記集積回路チップ
を更に含むことからなる、請求項1に記載のメモリデバイス。
【請求項6】
データ(DQ)と、データストローブ(DQS)と、読み出しストローブ(RDQS)と、データマスク(DM)とからなるグループから選択された前記入力信号ピン
を更に含む、請求項1に記載のメモリデバイス。
【請求項7】
前記メモリデバイスが、ダイナミングランダムアクセスメモリ(DRAM)と、メモリコントローラとからなるグループから選択された装置である、請求項1に記載のメモリデバイス。
【請求項8】
システムであって、
プロセッサと、
少なくとも1つのメモリデバイスであって、
少なくとも1つの集積回路チップであって、
複数の入力信号を提供する複数の入力信号ピンと、
入力信号ピンの対間に結合される少なくとも1つのオンチップ終端回路であって、前記入力信号の対を差動式に終端する、少なくとも1つのオンチップ終端回路
とを備えることからなる、少なくとも1つの集積回路チップ
を備えることからなる、少なくとも1つのメモリデバイス
とを備える、システム。
【請求項9】
前記少なくとも1つのメモリデバイス内にストローブ線に対する差動式オンチップ終端
を備える前記少なくとも1つのオンチップ終端回路
を更に備えることからなる、請求項8に記載のシステム。
【請求項10】
前記少なくとも1つの集積回路チップであって、
1対の入力ストローブ信号を提供する、入力ストローブピンの前記対と、
前記入力ストローブピンの対間に結合される前記オンチップ終端回路であって、前記ストローブ信号の対を差動式に終端する、前記オンチップ終端回路
とを備えることからなる、前記少なくとも1つの集積回路チップ
を更に備えることからなる、請求項8に記載のシステム。
【請求項11】
前記少なくとも1つのオンチップ終端回路であって、
少なくとも1つのオンチップ終端レジスタと、
第1及び第2のスイッチであって、該第1及び第2スイッチの各々が、前記少なくとも1つの終端レジスタを前記入力信号ピンの対にスイッチ可能に結合させることからなる、第1及び第2のスイッチと、
オンチップ終端を制御するための、前記第1及び第2のスイッチに結合された制御信号ノード
とを備えることからなる、前記少なくとも1つのオンチップ終端回路
を更に備えることからなる、請求項8に記載のシステム。
【請求項12】
前記少なくとも1つの集積回路チップであって、
入力バッファであって、該入力バッファの各々は、対応する入力信号ピンに結合されていることからなる、入力バッファと、
前記入力バッファと前記入力信号ピンとの間のノードに結合されている前記少なくとも1つのオンチップ終端回路
とを備えることからなる、前記少なくとも1つの集積回路チップ
を更に備えることからなる、請求項8に記載のシステム。
【請求項13】
データ(DQ)と、データストローブ(DQS)と、読み出しストローブ(RDQS)と、データマスク(DM)とからなるグループから選択された前記入力信号ピン
を更に備えることからなる、請求項8に記載のシステム。
【請求項14】
前記少なくとも1つのメモリデバイスが、ダイナミングランダムアクセスメモリ(DRAMs)と、複数のダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAMs)を含むデュアルインラインメモリモジュールと、メモリコントローラとからなるグループから選択されることからなる、請求項8に記載のシステム。
【請求項15】
メモリ装置を製造するための方法であって、
集積回路チップを組み立て、
少なくとも1対の入力信号ピンを前記集積回路チップ上に形成し、及び、
入力信号ピンの対間に結合される少なくとも1つのオンチップ終端回路を形成する
ことを含み、
前記1対の入力信号ピンは、1対の入力信号を提供するものであり、及び、
前記少なくとも1つのオンチップ終端回路は、前記入力信号の対を差動式に終端することからなる、方法。

【図1A】
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【図1B】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公表番号】特表2012−507933(P2012−507933A)
【公表日】平成24年3月29日(2012.3.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−534564(P2011−534564)
【出願日】平成21年9月22日(2009.9.22)
【国際出願番号】PCT/US2009/057898
【国際公開番号】WO2010/096097
【国際公開日】平成22年8月26日(2010.8.26)
【出願人】(511076424)ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー. (155)
【氏名又は名称原語表記】Hewlett‐Packard Development Company, L.P.
【Fターム(参考)】