一種具備電阻式存儲(chǔ)器的固態(tài)儲(chǔ)存裝置的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種固態(tài)儲(chǔ)存裝置及其相關(guān)控制方法，特別是涉及一種具備電阻式存儲(chǔ)器(Resistive Random-Access Memory,簡稱RRAM)的固態(tài)儲(chǔ)存裝置的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，現(xiàn)今的固態(tài)儲(chǔ)存裝置(Solid State Drive，SSD) —般使用與非門快閃存儲(chǔ)器(NAND flash memory)為主要存儲(chǔ)元件，而此類的快閃存儲(chǔ)器為一種非易失性(non-volatile)的存儲(chǔ)器元件。也就是說，當(dāng)數(shù)據(jù)寫入快閃存儲(chǔ)器后，一旦系統(tǒng)電源關(guān)閉，數(shù)據(jù)仍保存在快閃存儲(chǔ)器中。
[0003]眾所周知，快閃存儲(chǔ)器包含由多個(gè)存儲(chǔ)單元所組成的存儲(chǔ)單元陣列，其中的每個(gè)存儲(chǔ)單元(memory cell)皆包括一個(gè)浮動(dòng)?xùn)啪w管(floating gate transistor)。
[0004]于程序周期(program cycle)時(shí)，利用熱載流子(hot carrier),例如電子，注入(inject)浮動(dòng)?xùn)啪w管中的浮動(dòng)?xùn)艠O(floating gate),即可改變存儲(chǔ)單元的儲(chǔ)存狀態(tài)。例如，浮動(dòng)?xùn)艠O未注入熱載流子時(shí)，存儲(chǔ)單元為第一儲(chǔ)存狀態(tài)；浮動(dòng)?xùn)艠O注入熱載流子時(shí)，存儲(chǔ)單元為第二儲(chǔ)存狀態(tài)。另外，于擦除周期(erase cycle)時(shí)，將所有熱載流子移出(reject)浮動(dòng)?xùn)啪w管中的浮動(dòng)?xùn)艠O即完成存儲(chǔ)單元的擦除動(dòng)作。
[0005]再者，使用浮動(dòng)?xùn)啪w管的存儲(chǔ)單元的壽命跟擦除的次數(shù)有關(guān)。舉例來說，一個(gè)SLC存儲(chǔ)單元可儲(chǔ)存一位(bit)的數(shù)據(jù)，其可擦除的次數(shù)大約為10萬次；一個(gè)MLC存儲(chǔ)單元可儲(chǔ)存二位的數(shù)據(jù)，其可擦除的次數(shù)大約為3千?I萬次；一個(gè)TLC存儲(chǔ)單元可儲(chǔ)存三位的數(shù)據(jù)，其可擦除的次數(shù)大約為5百?I千次。
[0006]為了要延長快閃存儲(chǔ)器的壽命，目前研發(fā)出許多運(yùn)用于快閃存儲(chǔ)器的控制方法。當(dāng)固態(tài)儲(chǔ)存裝置出廠后，這些控制方法即被啟動(dòng)，用以延長快閃存儲(chǔ)器的壽命。而上述的控制方法，例如，邏輯至實(shí)體對(duì)應(yīng)表(L2P Table)的映射機(jī)制(mapping alogrithm)、損耗平均機(jī)制(wear leveling alogrithm)、以及垃圾搜集機(jī)制(garbage collect1nalogrithm)。以下分別說明如下:
[0007]一般來說，快閃存儲(chǔ)器中包括許多區(qū)塊(block)，而每個(gè)區(qū)塊中又包括多個(gè)頁(page)或稱為段(sector)。例如，一個(gè)區(qū)塊中有64頁,而每個(gè)頁的容量為4K bytes。再者，由于快閃存儲(chǔ)器的特性，每次數(shù)據(jù)寫入時(shí)是以頁為最小單位，而每次擦除(erase)時(shí)則是以區(qū)塊為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)擦除。
[0008]由于快閃存儲(chǔ)器每次數(shù)據(jù)寫入是以頁為最小單位。因此，經(jīng)過多次的數(shù)據(jù)存取之后，快閃存儲(chǔ)器中將會(huì)出現(xiàn)許多的無效頁(invalid page)以及無效數(shù)據(jù)(invaliddata)。然而，擦除動(dòng)作的最小單位為區(qū)塊，只要一個(gè)區(qū)塊中還是有部份的數(shù)據(jù)頁為有效數(shù)據(jù)(valid data)時(shí)，此區(qū)塊即無法被擦除。然而，太多的無效數(shù)據(jù)將占據(jù)快閃存儲(chǔ)器的空間，將使得快閃存儲(chǔ)器可寫入的空間變少。
[0009]當(dāng)垃圾搜集機(jī)制啟動(dòng)時(shí)，固態(tài)儲(chǔ)存裝置中的控制電路可以根據(jù)快閃存儲(chǔ)器內(nèi)部可寫入的空間變化，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)執(zhí)行垃圾搜集動(dòng)作(garbage collect1n act1n)。
[0010]所謂的垃圾搜集動(dòng)作，即是固態(tài)儲(chǔ)存裝置中的控制電路將區(qū)塊中的有效頁搜集起來，并且另外存放在新的區(qū)塊中，使原區(qū)塊中的頁全部變成無效頁。因此，可以將全部都是無效頁的區(qū)塊進(jìn)行區(qū)塊擦除(block erase)動(dòng)作，并形成新的空白區(qū)塊，使快閃存儲(chǔ)器增加更多可寫入的空間。
[0011]再者，由于快閃存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元的擦除次數(shù)有限，因而發(fā)展出一種損耗平均機(jī)制。損耗平均機(jī)制是為了平均地使用快閃存儲(chǔ)器中的每個(gè)區(qū)塊，以避免特定區(qū)塊使用過度(擦除次數(shù)過多)而變成壞區(qū)塊(bad block)而無法使用，并且有效地延長快閃存儲(chǔ)器的壽命。
[0012]當(dāng)損耗平均機(jī)制啟動(dòng)時(shí)，固態(tài)儲(chǔ)存裝置中的控制電路會(huì)監(jiān)測每個(gè)區(qū)塊的擦除次數(shù)(erase count),并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)執(zhí)行損耗平均動(dòng)作(wear leveling act1n)。換句話說，于執(zhí)行損耗平均動(dòng)作時(shí)，控制電路會(huì)將將擦除次數(shù)較少的區(qū)塊與擦除次數(shù)較多的區(qū)塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換動(dòng)作(data swap)。
[0013]一般來說，連接于固態(tài)儲(chǔ)存裝置的主機(jī)是利用邏輯區(qū)塊地址(Logical BlockAddress，以下簡稱LBA)來存取數(shù)據(jù)。而在快閃存儲(chǔ)器則利用實(shí)體配置地址(PhysicalAllocat1n Address,以下簡稱PAA)來存取數(shù)據(jù)。
[0014]為了讓LAA與PAA之間能夠相互對(duì)應(yīng)，固態(tài)儲(chǔ)存裝置中需要建立一邏輯至實(shí)體地址對(duì)應(yīng)表(Logical to Physical Address Table,以下簡稱L2P表)的映射機(jī)制。以讀取數(shù)據(jù)為例，當(dāng)主機(jī)發(fā)出讀取指令以讀取快閃存儲(chǔ)器中特定LBA的數(shù)據(jù)時(shí)，固態(tài)儲(chǔ)存裝置中的控制電路需根據(jù)L2P表得知該數(shù)據(jù)在快閃存儲(chǔ)器中的PAA，并由快閃存儲(chǔ)器取出數(shù)據(jù)并回傳至主機(jī)。
[0015]換句話說，當(dāng)固態(tài)儲(chǔ)存裝置在電源正常供應(yīng)時(shí)，控制電路需要先建立L2P表的映射機(jī)制。完成后，主機(jī)與固態(tài)儲(chǔ)存裝置之間才可以正常存取數(shù)據(jù)?；旧希琇2P表的數(shù)據(jù)量會(huì)隨著快閃存儲(chǔ)器的容量增加而上升，并且會(huì)降低快閃存儲(chǔ)器的存取效率(accessperformance)。
[0016]由以上的說明可知，現(xiàn)有的固態(tài)儲(chǔ)存裝置于出廠時(shí)，即啟動(dòng)邏輯至實(shí)體對(duì)應(yīng)表的映射機(jī)制、損耗平均機(jī)制、以及垃圾搜集機(jī)制，用以延長快閃存儲(chǔ)器的壽命。然而，上述的動(dòng)作也會(huì)降低固態(tài)儲(chǔ)存裝置的存取效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明提出一種固態(tài)儲(chǔ)存裝置的控制方法，該固態(tài)儲(chǔ)存裝置包括一控制電路與一電阻式存儲(chǔ)器，該控制方法包括下列步驟:建立一監(jiān)測因子，且該監(jiān)測因子相關(guān)于該電阻式存儲(chǔ)器的壽命；以及，當(dāng)該監(jiān)測因子大于一預(yù)設(shè)值時(shí)，該控制電路建立一邏輯至實(shí)體地址對(duì)應(yīng)表的映射機(jī)制，且該控制電路根據(jù)一邏輯至實(shí)體地址對(duì)應(yīng)表將一主機(jī)產(chǎn)生的一邏輯區(qū)塊地址映射為一實(shí)體配置地址，并據(jù)以進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取。
[0018]為了對(duì)本發(fā)明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0019]圖1為電阻式存儲(chǔ)器示意圖。。
[0020]圖2為本發(fā)明固態(tài)儲(chǔ)存裝置的示意圖。
[0021]圖3為本發(fā)明運(yùn)用于電阻式存儲(chǔ)器的控制方法。
【具體實(shí)施方式】
[0022]近年來一種全新架構(gòu)的固態(tài)儲(chǔ)存裝置已經(jīng)被發(fā)表出來，其使用可變電阻為主要存儲(chǔ)元件，并稱為電阻式存儲(chǔ)器(簡稱RRAM)。電阻式存儲(chǔ)器也屬于非易失性的存儲(chǔ)器元件。
[0023]請(qǐng)參照?qǐng)D1，其為電阻式存儲(chǔ)器示意圖。電阻式存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)器陣列包括四個(gè)存儲(chǔ)單元COO、COU C1、Cllo以存儲(chǔ)單元COO為例，其包括一選擇晶體管T(selectivetransistor)、以及一可變電阻R。其中，選擇晶體管的閘極連接至第零字線WL0,源極連接至接地端；可變電阻R的第一端連接至選擇晶體管T的漏極，第二端連接至第零位線(BLO)。
[0024]于程序周期(p1gram cycle)時(shí)，提供程序電壓以改變可變電阻R的電阻值。舉例來說，當(dāng)可變電阻R被程序?yàn)榫邆涓唠娮柚禃r(shí)，存儲(chǔ)單元COO為第一儲(chǔ)存狀態(tài)；當(dāng)可變電阻R被程序?yàn)榫邆涞碗娮柚禃r(shí)，存儲(chǔ)單元為第二儲(chǔ)存狀態(tài)。另外，于擦除周期(erase cycle)時(shí)，將可變電阻R的電阻值回復(fù)為相同的電阻值即完成存儲(chǔ)單元的擦除動(dòng)作。
[0025]相較于快閃存儲(chǔ)器使用浮動(dòng)?xùn)啪w管的的存儲(chǔ)單元，電阻式存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的擦除次數(shù)可高達(dá)數(shù)十萬次或者百萬次以上。換句話說，電阻式存儲(chǔ)器的壽命遠(yuǎn)高于快閃存儲(chǔ)器的壽命。因此，如何提高電阻式存儲(chǔ)器的存取效率為發(fā)展電阻式存儲(chǔ)器最主要的重點(diǎn)。
[0026]請(qǐng)參照?qǐng)D2，其為本發(fā)明固態(tài)儲(chǔ)存裝置的示意圖。固態(tài)儲(chǔ)存裝置20中包括一控制電路201與一電阻式存儲(chǔ)器205?？刂齐娐?01與電阻式存儲(chǔ)器205之間利用一內(nèi)部總線207進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取，而控制電路201利用一外部總線22與主機(jī)(host) 24之間進(jìn)行指令與數(shù)據(jù)的傳遞。其中，外部總線22可為USB總線、IEEE1394總線或SATA總線等等。
[0027]再者，控制電路201中有一錯(cuò)誤校正單元(ECC unit)