(57)【要約】コンピュータ（１０）内におけるフラッシュメモリ（２４）を置き換えることが可能な磁気メモリデバイス（１００）が提供される。前記磁気メモリデバイス（１００）は、磁気記憶デバイス（１０２）と、フラッシュメモリ（２４）に類似したデータアクセス速度を有するテンポラリメモリ（１８２）と、前記磁気記憶デバイス（１０２）と前記テンポラリメモリ（１８２）とに対するアクセスを制御するためのコントローラ（１７２）とを含む。
2005536826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ（１０）内におけるフラッシュメモリ（２４）を置き換えることが可能な磁気メモリデバイス（１００）であって、
磁気記憶デバイス（１０２）と、
前記フラッシュメモリ（２４）に類似したデータアクセス速度を有するテンポラリメモリ（１８２）と、
前記磁気記憶デバイス（１０２）と前記テンポラリメモリ（１８２）とに対するアクセスを制御するためのコントローラ（１７２）
とを備える、磁気メモリデバイス。
【請求項２】
前記磁気記憶デバイス（１０２）は、磁気ランダムアクセスメモリである、請求項１に記載の磁気メモリデバイス。
【請求項３】
前記コントローラ（１７２）は、中央処理装置である、請求項１に記載の磁気メモリデバイス。
【請求項４】
前記コントローラ（１７２）は、前記コンピュータ（１０）の起動中に、前記磁気記憶デバイス（１０２）内におけるデータを、前記テンポラリメモリ（１８２）へと複製するように構成され、
前記磁気記憶デバイス（１０２）内におけるデータのサーチは、前記テンポラリメモリ（１８２）内における前記データのサーチから開始することからなる、請求項１に記載の磁気メモリデバイス。
【請求項５】
前記コントローラ（１７２）は、前記磁気記憶デバイス（１０２）に書き込まれることになるデータを、前記磁気記憶デバイス（１０２）に伝送するために、前記テンポラリメモリ（１８２）内における書き込みキューへと書き込むように構成される、請求項１に記載の磁気メモリデバイス。
【請求項６】
コンピュータ（１０）に、磁気的な記憶能力を提供するための方法であって、
前記コンピュータ（１０）内に配置されたフラッシュメモリ（２４）を、磁気記憶デバイス（１０２）とテンポラリメモリ（１８２）とコントローラ（１７２）とを備える磁気メモリデバイス（１００）に、置き換えるステップと、
前記コンピュータ（１０）の起動中に、前記磁気記憶デバイス（１０２）内に格納されたデータを、前記テンポラリメモリ（１８２）に複製するステップと、
前記磁気メモリデバイス（１００）によって受け取られたデータを、前記テンポラリメモリ（１８２）内に格納するステップと、
前記磁気メモリデバイス（１００）によって受け取られた前記データの複製を、前記テンポラリメモリ（１８２）から前記磁気記憶デバイス（１０２）へと伝送するステップ
とを含む、方法。
【請求項７】
前記コントローラ（１７２）が、データリクエストに応答して、データを求めて前記テンポラリメモリ（１８２）をサーチするステップを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記リクエストされたデータが、前記テンポラリメモリ（１８２）内で特定されない場合には、前記コントローラ（１７２）が、前記リクエストされたデータを求めて前記磁気記憶デバイス（１０２）をサーチするステップを更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記テンポラリメモリ（１８２）内に格納された前記受け取られたデータは、前記磁気記憶デバイス（１０２）へと伝送するために、前記テンポラリメモリ（１８２）内に配置された書き込みキュー内に置かれる、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記置き換えるステップは、磁気ランダムアクセスメモリに置き換えるステップを含む、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にデータの記憶に関し、特に置換メモリデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
技術の発展により、より高速なコンピュータ及びデバイスが望まれている。多くの要因が、コンピュータ及びデバイスの速度に起因すると考えられるが、特に重要な１つの要因は、メモリアクセスである。典型的には、メモリは、コンピュータ内の（典型的にはコンピュータプログラムの形態における）データ及び／又は命令のための高速で且つ一時的な記憶の形態を提供する。本明細書内において、コンピュータという用語は、プロセッサと記憶可能にされたデバイスとを含むことに留意すべきである。
【０００３】
多くの異なるタイプのメモリが、コンピュータ内において利用されている。メモリのタイプの例は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及びダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）を含む（但し、これらに限定されない）。コンピュータは、典型的には、コンピュータを開始するための命令を格納する、ＲＯＭのうちの少なくともわずかな部分を含む。ＲＯＭは、その名称が意味するように、読み出し専用のメモリであり、そのことによって、コンピュータ内におけるその利用を限定している。
【０００４】
ＲＡＭは、典型的には、コンピュータのプログラム、ソフトウェア、及び／又は、データが一般に、コンピュータ内においてロードされる時か又は開かれる時に使用される。具体的には、ＲＡＭは、データのための一時的な記憶領域を提供する。該データは、中央処理装置（ＣＰＵ）がそのデータに容易にアクセス可能となるまで保持される。コンピュータによって要求された時には、ＣＰＵは、ある連続サイクル内において、ＲＡＭからの必要とされるデータをリクエストし、そのデータを処理し、新規データをＲＡＭに対して戻すように書き込む。あるコンピュータプログラムが閉じられる時には、そのコンピュータプログラムと、任意の付随するデータとが、新規データのためのエリアをあけるために、典型的にはそのＲＡＭから消去（パージ）される。新規データが消去（パージ）される前に恒久的な記憶装置にセーブされない場合には、そのデータは失われる。
【０００５】
ＤＲＡＭは、ＲＡＭのより一般的なタイプの１つであり、コンデンサとトランジスタとを有するメモリセル内にデータの各ビットを格納する。当業者にとって周知のように、コンデンサはその電荷をかなり急速に失う傾向にある。従って、ＤＲＡＭは、データのビットの記憶を維持するために一定の電流を必要とするので、電力を浪費する。具体的には、ＤＲＡＭ構成において、コンデンサは、電子を格納する小さなバケツとして動作する。１つの「１」をメモリセル内に格納するために、そのバケツは、電子で満たされる。或いはまた、１つの「０」を格納するために、そのバケツは空にされる。更には、ＤＲＡＭは、１つの「１」をメモリセル内に保持するために、１秒間に何千回もリフレッシュされることを必要とする。
【０００６】
残念ながら、上述のタイプのメモリは、記憶の電気的形態である。記憶の電気的形態となっている上記メモリの結果として、メモリへの電力を失うことは、そのメモリ内に格納されたデータを失う結果となる。更には、上記のメモリは、電力の過剰な利用を要求する。
【０００７】
ＲＡＭの別の種類は、フラッシュＲＡＭである。フラッシュＲＡＭは、不揮発性メモリの一種であり、ブロックと呼ばれるメモリの単位内で消去されることができ且つ再プログラミングされることができる。フラッシュＲＡＭは不揮発性メモリのため、フラッシュＲＡＭは、内部部品に動くものが存在しない固体（ソリッドステート）設計に基づいている。更に、情報の記憶を維持するために、フラッシュＲＡＭは、周期的なリフレッシュを必要としない。従って、フラッシュＲＡＭは、過剰な電力の要求に対する解決策である。
【０００８】
フラッシュＲＡＭは、コンピュータ内における基本入出力システム（ＢＩＯＳ）のような制御コードを格納するために頻繁に使用される。ＢＩＯＳが再書き込みを要求する時には、そのフラッシュＲＡＭを、バイトサイズに対してブロックサイズで書き込むことができ、それにより、フラッシュＲＡＭは、更新（アップデート）することが容易になっている。残念ながら、フラッシュＲＡＭメモリセルは、メモリセルが１ビットに書き込む度に、ダメージを受ける。従って、約１万（１００００）プログラム／消去サイクルの後に、そのフラッシュメモリは停止する。従って、フラッシュメモリは、大衆消費電子部品内において普及しているが、その長期にわたる信頼性が無いことによって、デスクトップコンピュータのような装置内におけるメモリのための選択肢が乏しい。
【特許文献１】米国特許第６，２５９，６６４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、信頼性の問題と、電力損失に起因する損失データの問題とを解決する。データを格納するために電気的なセルを使用する従来のＲＡＭと異なり、ＭＲＡＭは磁気メモリセルを使用する。磁気メモリセルは、電力が取り除かれる時でさえ、そのセルの状態を維持するため、ＭＲＡＭは、ＤＲＡＭ及び／又はスタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）セルよりも明らかに有利である。更に、ＭＲＡＭを使用する携帯用の装置は、ＭＲＡＭが連続的なリフレッシュを必要としないため、バッテリの電力消費が低減される。従って、システムに対する大規模な変更を必要とせずに、フラッシュＲＡＭを使用しているシステムに対してＭＲＡＭのメリットを提供することは有益であろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述に鑑みて、本発明の好適実施形態は、一般に、コンピュータ内におけるフラッシュメモリを置き換えるための磁気メモリデバイスに関する。
【００１１】
一般的には、磁気メモリデバイスの構造に関して、そのデバイスは、磁気記憶デバイスと、フラッシュメモリに類似したデータアクセス速度を有するテンポラリメモリ（一時記憶メモリ）と、該磁気記憶デバイスと該テンポラリメモリとに対するアクセスを制御するためのコントローラとを利用する。
【００１２】
本発明を、コンピュータに磁気的な記憶能力を提供するための方法を提供することとしてもまたとらえることができる。この点に関して、その方法を、以下のステップによって概して要約することができる。すなわち、前記コンピュータ内に置かれたフラッシュメモリを、磁気記憶デバイスとテンポラリメモリとコントローラとを含む磁気メモリデバイスに置き換えるステップと、前記磁気記憶デバイス内に格納されたデータを、前記コンピュータの起動中に前記テンポラリメモリに複製するステップと、前記磁気メモリデバイスによって受け取られたデータを前記テンポラリメモリ内に格納するステップと、前記磁気メモリデバイスによって受け取られた前記データの複製を、前記テンポラリメモリから前記磁気記憶デバイスへと伝送するステップとである。
【実施例】
【００１３】
本発明を、添付の図面に関連付けてより良く理解することができる。該図面の構成要素は、必ずしも一定の縮尺に従う必要はなく、その代りに、本発明の原理を明確に説明するように強調されている。更には、図面内において、同様の参照番号は、幾つもの表示にわたる対応する部分を示す。
【００１４】
次に図面を参照すると、同様の参照番号は、図面全体にわたる対応する部分を示す。図１は、置換メモリデバイスをコンピュータ１０内に提供することができる、先行技術の該コンピュータ１０のブロック図である。更に詳細に以下に説明されるように、置換メモリデバイスは、フラッシュＲＡＭを置き換えるために使用されることが可能な磁気メモリを含む。磁気メモリがＭＲＡＭであることが必ずしも必要であるわけではないが、本発明の第１の実施例によれば、磁気メモリは、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）である。
【００１５】
一般的にはハードウェアのアーキテクチャの観点から、コンピュータ１０は、ローカルインターフェース１８を介して通信可能に結合されたプロセッサ１２と、メモリ１４と、１つか又は複数の入力及び／又は出力（Ｉ／Ｏ）デバイス１６（又は周辺装置）とを含む。ローカルインターフェース１８を、当該技術分野において既知のような、例えば、１つか又は複数のバスか或いは他の有線か又は無線の接続とすることができる。ローカルインターフェース１８は、通信を可能とするために、コントローラ、バッファ（キャッシュ）、ドライバ、中継器（リピータ）、及びレシーバのような、簡単化のために省略された追加の素子を有することができる。更に、ローカルインターフェース１８は、前述の構成要素間での適切な通信を可能とするために、アドレス、制御、及び／又は、データの接続を含むことができる。
【００１６】
プロセッサ１２は、ソフトウェアを実行するためのハードウェアデバイスである。具体的には、そのソフトウェアは、メモリ１４内に格納される。プロセッサ１２は、任意のカスタムメイドなプロセッサか又は市販されているプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、コンピュータ１０に関連付けられた幾つものプロセッサの間の補助プロセッサ、（マイクロチップか又はチップセットの形態における）半導体ベースのマイクロプロセッサ、単一のマイクロプロセッサ、或いはソフトウェア命令を実行するための一般の任意のデバイスとすることができる。適合可能で商業的に利用可能なマイクロプロセッサの例は、次のようなものである。すなわち、ヒューレット・パッカード・カンパニーによるＰＡ−ＲＩＳＣシリーズのマイクロプロセッサ、インテル・コーポレーションによる８０ｘ８６シリーズか又はペンティアムシリーズのマイクロプロセッサ、ＩＢＭによるＰｏｗｅｒＰＣマイクロプロセッサ、サン・マイクロシステムズ・インクによるＳｐａｒｃマイクロプロセッサ、又はモトローラ・コーポレーションによる６８ｘｘｘシリーズのマイクロプロセッサである。
【００１７】
メモリ１４は、揮発性メモリ素子（例えば、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、フラッシュＲＡＭ、磁気ＲＡＭ（ＭＲＡＭ）等のようなランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））と、不揮発性メモリ素子（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ハードドライブ、テープ、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）等）とのうちの任意の１つか又は組み合わせを含むことができる。更には、メモリ１４は、電気的、磁気的、光学的、及び／又は、他の種類の記憶媒体を組み込むことができる。メモリ１４は、分散アーキテクチャを有することが可能なことに留意されたい。分散アーキテクチャにおいては、様々な構成要素が、互いに遠隔状態に置かれるが、プロセッサ１２によってアクセスされることができる。コンピュータ１０はまた、個別の記憶デバイスを含むことができる。
【００１８】
メモリ１４内に置かれたソフトウェアは、１つか又は複数の個別プログラムを含むことができる。それらの個別プログラムの各々は、論理機能を実施するための実行可能な命令の、順序付けられたリストを含む。そのソフトウェアは、適合可能なオペレーティングシステム（Ｏ／Ｓ）２２を含む。適合可能で商業的に利用可能なオペレーティングシステム２２の例の網羅的ではないリストは、次のようなものである。すなわち、（ａ）マイクロソフト・コーポレーションから利用可能なＷｉｎｄｏｗｓオペレーティングシステム、（ｂ）ノヴェル・インクから利用可能なＮｅｔｗａｒｅオペレーティングシステム、（ｃ）アップル・コンピュータ・インクから利用可能なＭａｃｉｎｔｏｓｈオペレーティングシステム、（ｅ）ヒューレット・パッカード・カンパニー、サン・マイクロシステムズ・インク、及びＡＴ＆Ｔコーポレーションのような多くの供給業者から購入することで利用可能なＵＮＩＸオペレーティングシステム、（ｄ）インターネット上で容易に利用可能なフリーウェアであるＬＩＮＵＸオペレーティングシステム、（ｅ）ウィンドリバー・システムズ・インクによるＲｕｎ−ＴｉｍｅのＶｘｗｏｒｋｓオペレーティングシステム、或いは（ｆ）ハンドヘルドコンピュータ内か又は携帯情報端末（ＰＤＡ）内において実装されるようなアプライアンス（特定用途向け専用装置）ベースのオペレーティングシステム（例えば、パーム・コンピューティング・インクから利用可能なＰａｌｍＯＳ、及びマイクロソフト・コーポレーションから利用可能なＷｉｎｄｏｗｓＣＥ）である。オペレーティングシステム２２は、コンピュータ１０内における他のコンピュータプログラムの実行を制御し、スケジューリング、入力−出力制御、ファイル及びデータ管理、メモリ管理、及び通信制御及び関連したサービスを提供する。
【００１９】
Ｉ／Ｏデバイス１６は、例えば、キーボード、マウス、スキャナー、マイクロホン等（但し、これらに制限されない）の入力デバイスを含むことができる。更には、Ｉ／Ｏデバイス１６はまた、例えば、プリンタ、ディスプレイ等（但し、これらに制限されない）の出力デバイスを含むことができる。最後に、Ｉ／Ｏデバイス１６は更にまた、例えば、変調器／復調器（別のデバイス、システム、又はネットワークにアクセスするためのモデム）、無線周波数（ＲＦ）か又は他のトランシーバー、電話のインターフェース、ブリッジ、ルータ等（但し、これらに制限されない）の入力と出力との両方を伝達するデバイスを含むことができる。
【００２０】
コンピュータ１０がパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ワークステーション、又はそれらに類するものの場合には、メモリ１４内のソフトウェアは、（簡単化のために省略されている）基本入出力システム（ＢＩＯＳ）を更に含むことができる。ＢＩＯＳは、必須のソフトウェアルーチンのセットであり、起動時においてハードウェアの初期化と試験とを行い、Ｏ／Ｓ（２２）を開始させ、ハードウェアデバイス間のデータの転送をサポートする。ＢＩＯＳは、コンピュータ１０がアクティブ化される時にＢＩＯＳを実行することができるように、ＲＯＭ内に格納される。
【００２１】
コンピュータ１０が動作中の時には、プロセッサ１２は、メモリ１４にデータを伝達するため且つメモリ１４からデータを伝達するために、並びに、メモリ１４内に格納されたソフトウェアに従ってコンピュータ１０の動作を一般的に制御するために、メモリ１４内に格納されたソフトウェアを実行するように構成される。
【００２２】
先行技術のコンピュータ１０によれば、少なくとも１つのフラッシュＲＡＭ２４が、コンピュータ１０内に置かれる。コンピュータ１０内に置かれている付加的なメモリすなわち、フラッシュＲＡＭ２４の代りに、メモリ１４をフラッシュＲＡＭとすることができることに留意すべきである。図３〜５に関して後述されるように、置換メモリデバイスは、フラッシュメモリ２４を置き換えるために使用され、高密度と、高速度と、コンピュータ１０に対する電力が失われる時にはデータを消失しないデバイスとを、容易に提供する。
【００２３】
本発明の第１の実施例によれば、置き換えられることになるフラッシュＲＡＭ２４（図１）は、ＮＯＲ型フラッシュＲＡＭである。しかしながら、ＮＡＮＤ型フラッシュＲＡＭもまた置き換えられることができる。当業者にとっては既知のように、ＮＯＲ型フラッシュＲＡＭは、ランダムにアクセス可能であり、任意のシーケンスか又は順序で、格納されたデータを読み出すことができ、再読み出しすることができることを意味している。従って、ＮＯＲ型フラッシュＲＡＭは、コードを記憶する用途、再プログラミング可能なマイクロコントローラ、及び／又はＰＣ  ＢＩＯＳ  ＲＯＭに非常に適している。更に、ＮＯＲ型フラッシュＲＡＭは、並列アーキテクチャを有するため、その信頼性と高速な読み出し速度との理由から、他のアーキテクチャよりも一般的に好まれる。
【００２４】
ＮＯＲ型フラッシュＲＡＭと異なり、ＮＡＮＤ型フラッシュＲＡＭは、その直列アーキテクチャのため、連続的にアクセス可能である。従って、ＮＡＮＤ型フラッシュＲＡＭ内に含まれるデータは、連続的に読み出される、すなわち、次に続く１バイトが順番に読み出される。そのようなことから、ＮＡＮＤ型フラッシュＲＡＭは、データ及び／又はファイルを記憶する用途が理想であり、その例は、携帯情報端末（ＰＤＡ）のためのプログラムファイル、ディジタルカメラからの写真データ、及びディジタル音楽プレーヤのためのＭＰ３ファイルを含む（但し、それらに限定されない）。
【００２５】
図２は、コンピュータ５０内に本置換メモリデバイス１００を有する、該コンピュータ５０のブロック図である。上述のように、置換メモリデバイス１００は、図１のメモリ１４に置き換わる（ここでのメモリ１４（図１）はフラッシュＲＡＭである）か、又は個別のフラッシュＲＡＭ２４（図１）に置き換わるかのいずれかである。以下の説明は、置換メモリデバイス１００が、個別のフラッシュＲＡＭ２４（図１）を置き換えるために使用されることを想定している。本発明の第１の実施例は、置換メモリデバイス１１０をコンピュータ内に提供するが、その置換メモリデバイス１００は、プロセッサを有する他のシステム内において使用されることも可能であることに留意すべきである。
【００２６】
図１の、先行技術のコンピュータ１０におけるように、このコンピュータ５０は、ローカルインターフェース５８を介して通信可能に結合されたプロセッサ５２、メモリ５４、及び１つか又は複数の入力及び／又は出力（Ｉ／Ｏ）デバイス５６（又は周辺装置）を含む。メモリ５４は、メモリ５４内に格納されたオペレーティングシステム６２を有する。更に、このコンピュータ５０はまた、個別の記憶デバイスを含むこともできる。
【００２７】
図３は、図２の置換メモリデバイス１００を更に説明するブロック図である。図３によって示されるように、置換メモリデバイス１００は、磁気メモリ、例えば、ＭＲＡＭ、デバイス１０２、コントローラ１７２、及びテンポラリメモリ１８２を含む。以下の記述は、ＭＲＡＭに関係するが、他の磁気メモリを補充することもできることに留意すべきである。コントローラ１７２は、ＭＲＡＭデバイス１０２とテンポラリメモリ１８２とにデータを送ることが可能で、且つ、ＭＲＡＭデバイス１０２とテンポラリメモリ１８２とからデータを読み出すことが可能な、マイクロプロセッサか又は有限状態機械（ＦＳＭ）のような任意の処理デバイスとすることができる。コントローラ１７２の機能は、図６の説明に関連して詳細に説明される。それらの説明は下記に提供される。
【００２８】
図４は、図３のＭＲＡＭデバイス１０２を更に説明するブロック図である。図４によって示されるように、ＭＲＡＭデバイス１０２は、（後述される）一連のメモリセルと、置換メモリデバイス１００（図３）内におけるコントローラ１７２（図３）にＭＲＡＭデバイス１０２の利用可能性を通知するためのセンサ１０３とを含む。センサ１０３はまた、メモリセル１０２の抵抗状態を検知する。メモリセル１２０の抵抗状態を検知するために使用される回路構成の例は、Ｔｒａｎ他著による「Equipotential Sense Methods For Resistive Cross Point Memory cell arrays」と題された米国特許第６，２５９，６６４号によって開示されており、その特許は参照によりその全体が本明細書において組み込まれる。
【００２９】
ＭＲＡＭデバイス１０２はまた、４つのワード線１０４、１０６、１０８、１１０と、４つのビット線１１２、１１４、１１６、１１８とを含む。ワード線１０４、１０６、１０８、１１０は、ビット線１１２、１１４、１１６、１１８の上に配置される。ワード線１０４、１０６、１０８、１１０と、ビット線１１２、１１４、１１６、１１８とは、強磁性体材料のような（但し、これに限定されない）磁性材料で作られる。ＭＲＡＭデバイス１０２内において配置されたワード及び／又はビット線の数は、図４によって図示された数よりも更に多くか又は更に少なくすることができることに留意すべきである。図４によって示されるように、センサ１０３は、ＭＲＡＭデバイス１０２のワード線１０４、１０６、１０８、１１０に接続される。しかしながら、センサ１０３は、その代りにＭＲＡＭデバイス１０２のビット線１１２、１１４、１１６、１１８に接続されることもできることに留意すべきである。
【００３０】
メモリセル１２０は、ワード線とビット線との各交差点に配置される。ワード線は、Ｙ軸に沿って延在し、ビット線は、Ｘ軸に沿って延在する。本発明の代替の実施形態によれば、ワード線１０４、１０６、１０８、１１０は、ビット線１１２、１１４、１１６、１１８に対して垂直でないことが可能であることに留意すべきである。各メモリセル１２０は、磁化の配向としてのデータのビットを格納する。ＭＲＡＭデバイス１０２内における各メモリセル１２０の磁化は、所与の時間における２つの安定した配向のうちの１つとみなす。２つの安定した配向、すなわち、平行と反平行とは、論理値の０と１とを表す。
【００３１】
メモリセル１２０は、ワード線１０４、１０６、１０８、１１０と、ビット線１１２、１１４、１１６、１１８との各交差点に配置されるため、ＭＲＡＭデバイス１０２内において配置されるメモリセル１２０の数は、ＭＲＡＭデバイス１０２内に配置されたワード線１０４、１０６、１０８、１１０と、ビット線１１２、１１４、１１６、１１８との数に直接関連付けられる。一例として、６４×６４のＭＲＡＭデバイスは、６４のワード線と、６４のビット線と、４０９６個のメモリセルとを備える。更なる例として、１０２４×１０２４のＭＲＡＭデバイスは、１０２４のワード線と、１０２４のビット線と、１０４８５７６個のメモリセルとを備える。
【００３２】
図５は、図４のＭＲＡＭデバイス１０２の単一メモリセル１２０を更に説明するブロック図である。メモリセル１２０は、ビット線１１８の一部１１８Ｘと、ワード線１０４の一部１０４Ｘとを備える。磁気トンネル接合１４２が、ビット線の部分１１８Ｘとワード線の部分１０４Ｘとの間に配置されている。磁気トンネル接合１４２は、２つの磁性層１４４及び１４６と、絶縁層１４８とを含む。第１の磁性層１４４はまた、固定（fixed）磁性層１４４と呼ばれる。固定磁性層１４４は、固定磁性層１４４の面に配向される磁化を有する。しかしながら、その磁化は、対象とする範囲内において、印加された磁界が存在する中で回転しないように固定される。固定磁性層１４４は、複数の層又は薄膜を含むことができることに留意すべきである。
【００３３】
第２の磁性層１４６はまた、自由（free）磁性層１４６と呼ばれる。自由磁性層１４６は、固定されない磁化を有する。もっと正確に言うと、自由磁性層１４６の磁化は、固定磁性層１４４の面内に横たわる軸に沿った２つの方向のいずれかに配向されることができる。自由磁性層１４６の磁化の配向と、固定磁性層１４４の磁化の配向とが、同じ方向である場合には、その配向は、平行であると言われる。自由磁性層１４６の磁化の配向と、固定磁性層１４４の磁化の配向とが、反対の方向である場合には、その配向は、反平行であると言われる。固定磁性層１４４と類似して、自由磁性層１４６は、複数の層又は薄膜を含むことができることに留意すべきである。
【００３４】
自由磁性層１４６内の磁化は、メモリセル１２０を交差するワード線１０４とビット線１１８とに電流を印加することによって配向されることができる。磁性層１４４と１４６とは、例えば、鉄、ニッケル、及びコバルト、又はそれらの組み合わせのような（但し、それらに限定されない）十分に磁化されることが可能な材料を含む。
【００３５】
自由磁性層１４６と固定磁性層１４４とは、絶縁層１４８によって分離させられている。該絶縁層１４８は、絶縁しているトンネル障壁であり、酸化アルミニウムのような（但し、これに限定されない）適合可能な絶縁材料からなる。絶縁層１４８は、自由磁性層１４６と固定磁性層１４４との間で電子のトンネリング（通り抜け）が可能となるほど十分に薄い。一例として、絶縁層１４８は、５オングストロームと２０オングストロームの間の厚さとすることができる。当然、絶縁層１４８の他のサイズも同様に利用することができる。絶縁層１４８は、多数の層又は薄膜を含むことができることにもまた留意すべきである。
【００３６】
自由磁性層１４６と固定磁性層１４４とが、絶縁層１４８の上と下とにそれぞれあるように示されているが、当業者であれば理解されるように、自由磁性層１４６と固定磁性層１４４との相対的な位置を交換することができる。絶縁層１４８によって、量子力学的なトンネリングが、自由磁性層１４６と固定磁性層１４４との間で起きることが可能となる。トンネリングは、電子スピンに依存し、メモリセル１２０の抵抗を、自由磁性層１４６の磁化と固定磁性層１４４の磁化との相対的な配向の関数にさせる。
【００３７】
残念なことに、ＭＲＡＭデバイス１０２内に配置されたセンサ１０３（図４）のアクセス時間は、置き換えられているＮＯＲ型フラッシュＲＡＭ２４（図１）のアクセス時間よりもずっと遅い。一例として、センサ１０３（図４）のアクセス時間は、約２０マイクロ秒（２０μｓ）である可能性があり、一方、ＮＯＲ型フラッシュＲＡＭ２４（図１）のアクセス時間は、約５０から１５０ナノ秒（５０〜１５０ｎｓ）である可能性がある。従って、ＮＯＲ型フラッシュＲＡＭ２４（図１）をＭＲＡＭデバイス１０２（図３）に直接置き換えることによって、図２のコンピュータ５０は、電力が失われる時でさえ、その状態を維持することができるであろうが、直接的な置換は、ＮＯＲ型フラッシュＲＡＭ２４（図２）にそれまで利用されていた機能の実行をひどく遅くするであろう。
【００３８】
図３に戻ると、ＮＯＲ型フラッシュＲＡＭ２４（図２）をＭＲＡＭデバイス１０２に直接置き換えることによって生じられる上述の不利な点の理由から、テンポラリメモリ１８２が、置換メモリデバイス１００内に配置される。テンポラリメモリ１８２は、高速な揮発性メモリであり、置換メモリデバイス１００に、ＮＯＲ型フラッシュＲＡＭ２４（図１）のデータアクセス速度に匹敵するデータアクセス速度を提供する。テンポラリメモリ１８２と、置換メモリデバイス１００内におけるその使用法との詳細な説明は、以下に提供される図６の説明によって提供される。
【００３９】
本発明の第１の実施例によれば、テンポラリメモリ１８２は、ＤＲＡＭの高密度の特徴と、他の高速な揮発性メモリと比較して最小限のコストであるとの理由から、ＤＲＡＭである。代替として、低密度が置換メモリデバイス１００の望まれる特徴の場合には、テンポラリメモリ１８２は、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）か又はフリップフロップか又はラッチのような（但し、これらに限定されない）任意の他の高速アクセス記憶素子とすることができる。限定された密度はコストを増加させるため、本発明の第１の実施例は、ＳＲＡＭを使用しないしないが、その代りにＤＲＡＭを使用する。
【００４０】
図６は、本置換メモリデバイス１００（図３）の使用法を説明するフローチャートである。本フロチャートにおける任意の処理の説明又はブロックは、特定の論理機能か又は処理内のステップを実行するための１つか又は複数の実行可能な命令を含むモジュール、セグメント、又はコードの一部を表しているものとして理解されるべきであり、代替の実行が、本発明の第１の実施例の範囲内に含まれる。その代替の実行において、機能は、本発明の当該技術分野における当業者であれば理解されるであろうように、含まれる機能に依存して、ほぼ同一な順序か又は逆の順序を含めて、示されたか又は説明された機能について順不同で実行されることが可能である。
【００４１】
ブロック２０２によって示されるように、コンピュータ５０（図２）の起動において、プロセッサ５２（図２）は、コンピュータ５０（図２）内に配置されたＭＲＡＭデバイス１０２（図３）が存在するかどうかを検出する。ＭＲＡＭデバイス１０２（図３）の検出は、プロセッサ５２（図２）によって、ＭＲＡＭデバイス１０２（図３）と通信するためのリクエストをコントローラ１７２（図３）に伝達することにより、実施されることが可能である。コントローラ１７２（図３）が、通信するためのリクエストを受け取った後に、コントローラ１７２（図３）は、ＭＲＡＭデバイス１０２（図３）のステータス（状態）を判定するために、ステータスチェックをセンサー１０３（図４）へと伝達する。
【００４２】
ＭＲＡＭデバイス１０２（図３）が、初期化されてしまっており、且つ、コンピュータ５０（図２）によって使用される準備が整っているものとみなされると、ＭＲＡＭデバイス１０２（図３）内に格納されたデータが、コントローラ１７２（図３）によってテンポラリメモリ１８２（図３）へと複製される（ブロック２０４）。ブロック２０６によって示されるように、コントローラ１７２（図３）は、テンポラリメモリ１８２（図３）及び／又はＭＲＡＭデバイス１０２（図３）に対するアクセスリクエストについて監視する。
【００４３】
コントローラ１７２（図３）が、ソースからのデータリクエストの結果としてプロセッサ５２（図２）から読み出しリクエストを受け取る場合には、コントローラ１７２（図３）は、リクエストされたデータを求めて、テンポラリメモリ１８２（図３）をサーチする（ブロック２０８）。そのデータが、テンポラリメモリ１８２（図３）内で特定される場合には、そのデータは、コントローラ１７２（図３）によって取り出されて、プロセッサ５２（図２）へと伝送される（ブロック２１２）。プロセッサ５２（図２）は、次いで、そのデータをデータリクエストのソースへと伝送することができる。代替として、ＭＲＡＭデバイス１０２（図３）は、テンポラリメモリ１８２（図３）がサーチされた後に、サーチされることができる。しかしながら、ＭＲＡＭデバイス１０２（図３）からのデータの取り出しは、テンポラリメモリ１８２（図３）の利用に関連付けられた高速なデータアクセス速度のメリットを提供しない。データの伝送の後、コントローラ１７２（図３）は、テンポラリメモリ１８２（図３）及び／又はＭＲＡＭデバイス１０２（図３）に対して、アクセスリクエストについての監視を続ける（ブロック２０６）。
【００４４】
コントローラ１７２（図３）が、ＭＲＡＭデバイス１０２（図３）へと送られる予定のデータに対する書き込みリクエストを受け取る場合には、コントローラ１７２（図３）は、一時的に記憶するためのテンポラリメモリ１８２（図３）へと該データを書き込む（ブロック２１４）。データが、テンポラリメモリ１８２（図３）に書き込まれ、一時的に記憶されるため、高速なデータアクセスが容易に利用可能である。具体的には、テンポラリメモリ１８２（図３）が高速な揮発性メモリであるため、高速なデータアクセスが容易に利用可能である。データが、テンポラリメモリ１８２（図３）に書き込まれ（ブロック２１４）、一時的に格納された後に、そのデータは、テンポラリメモリ１８２（図３）内におけるＭＲＡＭ書き込みキュー（待ち行列）内へと置かれる（ブロック２１６）。キュー内へと置かれた後に、そのデータは、記憶されるためにＭＲＡＭデバイス１０２（図３）へと伝送されることができる（ブロック２１８）。
【００４５】
ＭＲＡＭデバイス１０２（図３）が動作中の時には、データは、ＭＲＡＭ書き込みキューから、ＭＲＡＭデバイス１０２（図３）へと迅速に移動させられる。テンポラリメモリ１８２に対する書き込み時間は、ＭＲＡＭデバイス１０２（図３）に対する読み込み時間よりもずっと高速なので、データは、ＭＲＡＭデバイス１０２（図３）から連続的に読み出されることができる。しかしながら、ＭＲＡＭ書き込みキューが一杯であるイベントにおいて、コントローラ１７２（図３）はもはやテンポラリメモリ１８２（図３）へとデータを書き込まない。その書き込みキューの一部が空にされると、コントローラ１７２（図３）は、ＭＲＡＭ書き込みキューに対する書き込みを続けることができる。
【００４６】
本発明の第１の実施例によれば、ＭＲＡＭ書き込みキュー内に置かれたデータの複製は、テンポラリメモリ１８２（図３）内に、一時的に格納され、それによって、高速なデータアクセスを可能にしている。コントローラ１７２（図３）は、次いで、テンポラリメモリ１８２（図３）及び／又はＭＲＡＭデバイス１０２（図３）に対するアクセスリクエストについての監視を続ける（ブロック２０６）。
【００４７】
コンピュータ５０（図２）がパワーダウンのシーケンスを開始する場合には、ＭＲＡＭ書き込みキュー内に残っているデータは、データの消失を防ぐために、ＭＲＡＭデバイス１０２（図３）へと伝送される（ブロック２２２）。データをテンポラリメモリ１８２（図３）からＭＲＡＭデバイス１０２（図３）へと伝送することは、コンピュータ５０（図２）に対する電力が失われることがある時にテンポラリメモリ１８２（図３）内に一時的に格納されたデータを消失する不利な点を取り除く。従って、置換メモリデバイス１００（図３）は、テンポラリメモリ１８２（図３）のデータアクセス速度のメリットと、ＭＲＡＭデバイス１０２（図３）の長期にわたるデータ記憶のメリットとを提供する。
【００４８】
本発明の上述の実施形態は、特に、任意の「好適な」実施形態は、単に可能性のある実施例にすぎず、単に本発明の原理を明確に理解させるために記載されたにすぎないことが強調されるべきである。多くの改変と修正とが、本発明の思想と原理とから実質的に逸脱することなく、本発明の上述の実施形態（複数可）に対して行われることができる。全てのそのような修正と改変とは、本開示及び本発明の範囲内において本明細書内に含まれることが意図され、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本置換メモリデバイスをコンピュータ内に提供することができる、先行技術の該コンピュータのブロック図である。
【図２】本置換メモリデバイスをコンピュータ内に有する該コンピュータのブロック図である。
【図３】図２の置換メモリデバイスを更に説明するブロック図である。
【図４】図３のＭＲＡＭデバイスを更に説明するブロック図である。
【図５】図４のＭＲＡＭデバイスの単一メモリセルを更に説明するブロック図である。
【図６】図３の本置換メモリデバイスの使用法を説明するフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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