一種包含大容量非易失性存儲器的嵌入式系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及存儲器領域，尤其涉及一種包含大容量非易失性存儲器的嵌入式系統。
【背景技術】
[0002]嵌入式系統中非易失性存儲器的類型和選擇決策很大程度上決定了整個嵌入式系統的操作和性能。按照非易失性可編程存儲器的位置，有兩種實現方法。第一種實現方法如圖1所示。片上系統芯片1沒有可編程存儲器，而是在電路板2上增加可編程存儲器芯片3，片上系統芯片1中的微處理器核4通過外部端口 5來訪問和執行可編程存儲器芯片3中的程序或數據。這種方法使得片上系統芯片1的成本顯著降低，因為沒有集成嵌入式的可編程存儲器，一方面是節約了工藝制造成本，一方面芯片的面積也會大大降低。但是，由于通過外部10端口來讀取和執行程序，讀取速度會降低，芯片的功耗也會上升。而且電路板上由于增加了走線和可編程存儲器，因而增加了電路板設計成本。另一種解決方案就是將可編程存儲器與片上系統芯片集成到同一塊芯片內，結構如圖2所示，這樣的片上系統芯片集成度進一步提高，因而在性能上得到提升，但是考慮到成本和工藝，片上可編程存儲器的容量不可能很大，一般在KB至MB量級。如果客戶需要更大容量的可編程存儲器，依然需要在電路板上增加一大容量可編程存儲器芯片6以滿足用戶需求，如圖2中虛線模塊所示，這樣也會造成電路板設計成本增加。隨著客戶應用越來越復雜和多樣化以及所處理的數據也越來越大，用戶對大容量可編程存儲器的要求也越來越大。目前一般針對大容量可編程存儲器的嵌入式系統解決方案如圖3所示，采用的是芯片堆疊的方式來實現。
[0003]隨著工藝節點越來越小，存儲器芯片的微縮制程面臨極限。為了得到更高的存儲密度和讀取速度，各大生產廠商逐漸紛紛投入3D存儲器工藝開發。3D存儲器技術的特點并非是通過芯片的堆疊或3D封裝來實現，而是就存儲單元采用的是3D工藝。例如，傳統的平面NAND閃存存儲器，其存儲單元浮柵晶體管為平面晶體管，所有源端和漏端位于同一平面，而3D NAND存儲單元采用的是立體晶體管，其源端和漏端分別在不同的平面，因而存儲密度更高，單存儲芯片的密度甚至能夠達到幾百GB量級。這種大容量高密度的3D非易失性存儲器目前一般都是芯片，用于固態硬盤或者服務器中的混合內存，采用高速傳輸接口，例如DDR4(Double Data Rate 4第四代雙倍速率同步動態隨機存儲器，簡稱DDR4)或DDR5(DoubleData Rate 5第五代雙倍速率同步動態隨機存儲器，簡稱DDR5)等，目前尚不能用于微處理器領域。在現階段這種超大密度存儲器最大的問題就是良率(yield)不是太高，同時測試成本也會因此大大增加。這些良率低的芯片傳統情況將會被丟棄，浪費了成本也增加了環境污染。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本發明提供了一種包含大容量非易失性存儲器的嵌入式系統，其特征在于，所述嵌入式系統至少包括:
[0005]片上系統芯片；
[0006]3D非易失性存儲器芯片，與所述片上系統芯片通過數據通道連接。
[0007]其中，所述3D非易失性存儲器芯片的有效存儲容量小于設計存儲容量。
[0008]上述的嵌入式系統，其中，所述數據通道為鍵合引線或硅通孔。
[0009]上述的嵌入式系統，其中，所述3D非易失性存儲器芯片的對外接口為高速數據傳輸接口。
[0010]上述的嵌入式系統，其中，所述高速數據傳輸接口是第三代雙倍速率同步動態隨機存儲器、第四代雙倍速率同步動態隨機存儲器或第五代雙倍速率同步動態隨機存儲器。
[0011]上述的嵌入式系統，其中，所述3D非易失性存儲器芯片是3DNAND閃存芯片，或3D相變存儲器PCM芯片，或3D阻變存儲器RRAM芯片，或3D鐵電存儲器FeRAM芯片，或3D磁存儲器MRAM芯片。
[0012]上述的嵌入式系統，其中，所述片上系統芯片集成用戶定制接口來訪問3D非易失性存儲器芯片。
[0013]上述的嵌入式系統，其中，所述片上系統芯片為已知合格晶片，且包括至少一顆微處理器核。
[0014]綜上所述，本發明涉及一種包含大容量非易失性存儲器的嵌入式系統，包括一片上系統芯片和一 3D非易失性存儲器芯片，片上系統芯片和3D非易失性存儲器芯片通過鍵合引線或者硅通孔封裝在一起，提高了 3D非易失性大容量存儲器的芯片利用率，在保證讀取速度不會降低的前提下，大大減小3D非易失性大容量存儲器的庫存壓力和測試成本。
【附圖說明】
[0015]圖1是一種嵌入式可編程存儲器的結構示意圖；
[0016]圖2是另一種嵌入式可編程存儲器的結構示意圖；
[0017]圖3是一種大容量嵌入式可編程存儲器的結構示意圖；
[0018]圖4本發明大容量存儲的嵌入式系統的結構示意圖；
[0019]圖5本發明一個具體實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發明進行進一步說明。
[0021]本發明提出了一種包含大容量非易失性存儲器的嵌入式系統，如圖4所示，至少包含一片上系統芯片9和一 3D非易失性存儲器芯片10。片上系統芯片9是一已知合格晶片(Known Good Die，K⑶)，且至少包含一微處理器核11。30非易失性存儲器芯片10可以是但不僅限于3D NAND閃存芯片、3D相變存儲器PCM芯片、3D阻變存儲器RRAM芯片、3D鐵電存儲器FeRAM芯片、3D磁存儲器MRAM芯片，其他有效的存儲器芯片也可應用于本發明中。且3D非易失性存儲器芯片10采用傳統的高速數據傳輸接口 12，例如可以是DDR3、DDR4或DDR5等。若3D非易失性存儲器芯片10的設計存儲容量為X，考慮到芯片良率問題，其實際可供用戶正常使用的有效存儲容量為Y，其中X>Y。本發明這種超大容量存儲的嵌入式系統實現方法中，3D非易失性存儲器芯片10中的存儲單元不需要達到100%的良率(可以遠小于100%，即有效存儲容量遠小于設計存儲容量)，即不需要所有的存儲單元都能夠正常被讀寫，只需要其中有一部分存儲空間能夠供用戶正常訪問，就可以應用到本發明這種嵌入式系統中。片上系統芯片9和3D非易失性存儲器芯片10通過鍵合引線或者硅通孔封裝在一起(也可以通過其他數據通道封裝)。其中片上系統芯片9可集成用戶定制接口 13來訪問3D非易失性存儲器芯片10(也可以是常用數據傳輸接口，在此并不作為對本發明的限制)。
[0022]下面舉另一實施例做進一步闡述。
[0023]一種稱之為3D XPoint存儲器，速度、耐用性是目前閃存的1000倍，并提到該3D存儲器初期設計的容量就達到了 128Gbit，應用于固態硬盤和系統內存領域。如圖5所示，這一3D存儲器芯片14通過鍵合引線或者硅通孔方式與另一片上系統芯片15封裝在一起。3D存儲器芯片14的容量為128Gbit(此處的容量值只是一個優選的情況，不能理解為是對本實施例的限制，其他容量的3D存儲器芯片也應被理解為包括在本發明內)，只要其有一部分空間是可用的就可以應用到本發明這種結構中，比如1/2、1/4、1/8容量(優選的情況下該可用的空間容量占總容量的百分比遠小于100%，即有效存儲容量遠小于設計存儲容量)。
[0024]綜上所述，本發明涉及一種包含大容量非易失性存儲器的嵌入式系統，包括一片上系統芯片和一 3D非易失性存儲器芯片，片上系統芯片和3D非易失性存儲器芯片通過鍵合引線或者硅通孔封裝在一起，提高了 3D非易失性大容量存儲器的芯片利用率，在保證讀取速度不會降低的前提下，大大減小3D非易失性大容量存儲器的庫存壓力和測試成本。
[0025]通過說明和附圖，給出了【具體實施方式】詳細描述基于本發明精神，還可作其他的轉換。盡管上述發明提供了一個實施例，然而，這些內容并不作為局限。
[0026]對于本領域的技術人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權利要求書應看作是涵蓋本發明的真實意圖和范圍的全部變化和修正。在權利要求書范圍內任何和所有等價的范圍與內容，都應認為仍屬本發明的意圖和范圍內。
【主權項】
1.一種包含大容量非易失性存儲器的嵌入式系統，其特征在于，所述嵌入式系統至少包括: 片上系統芯片； 3D非易失性存儲器芯片，與所述片上系統芯片通過數據通道連接； 其中，所述3D非易失性存儲器芯片的有效存儲容量小于設計存儲容量。2.根據權利要求1所述的嵌入式系統，其特征在于，所述數據通道為鍵合引線或硅通孔。3.根據權利要求1所述的嵌入式系統，其特征在于，所述3D非易失性存儲器芯片的對外接口為高速數據傳輸接口。4.根據權利要求4所述的嵌入式系統，其特征在于，所述高速數據傳輸接口是第三代雙倍速率同步動態隨機存儲器、第四代雙倍速率同步動態隨機存儲器或第五代雙倍速率同步動態隨機存儲器。5.根據權利要求1所述的嵌入式系統，其特征在于，所述3D非易失性存儲器芯片是3DNAND閃存芯片，或3D相變存儲器PCM芯片，或3D阻變存儲器RRAM芯片，或3D鐵電存儲器FeRAM芯片，或3D磁存儲器MRAM芯片。6.根據權利要求1所述的嵌入式系統，其特征在于，所述片上系統芯片集成用戶定制接口來訪問3D非易失性存儲器芯片。7.根據權利要求1所述的嵌入式系統，其特征在于，所述片上系統芯片為已知合格晶片，且包括至少一顆微處理器核。
【專利摘要】本發明涉及存儲器領域，尤其涉及一種包含大容量非易失性存儲器的嵌入式系統，包括一片上系統芯片和一3D非易失性存儲器芯片，片上系統芯片和3D非易失性存儲器芯片通過鍵合引線或者硅通孔封裝在一起，提高了3D非易失性大容量存儲器的芯片利用率，在保證讀取速度不會降低的前提下，大大減小3D非易失性大容量存儲器的庫存壓力和測試成本。
【IPC分類】G06F15/78
【公開號】CN105468569
【申請號】CN201510791975
【發明人】景蔚亮, 陳邦明
【申請人】上海新儲集成電路有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年11月17日