修復(fù)均化的方法與系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是有關(guān)于一種具有內(nèi)存管理功能的存儲(chǔ)器裝置與系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 某些非揮發(fā)性存儲(chǔ)器具有存取周期的耐久性限制（accesscycleentrance limitations)。例如，基于電荷捕捉（chargetrapping)的閃存、相變化存儲(chǔ)器（phase changememory)等。其中，存取周期的耐久性限制可能是編程/抹除周期或設(shè)定/重設(shè)周 期期間的限制。
[0003] 對(duì)存儲(chǔ)器的一給定存儲(chǔ)區(qū)塊而言，施加于其上的存取周期可能與存儲(chǔ)于該存儲(chǔ)區(qū) 塊的數(shù)據(jù)相關(guān)。因此，不同部分的存儲(chǔ)器可能會(huì)在不同時(shí)間達(dá)到耐久性限制（emlurance limitations)。為解決此種問(wèn)題，現(xiàn)已發(fā)展出耗損均化技術(shù)（wearleveling)。基本上， 耗損均化技術(shù)會(huì)根據(jù)閃存的存儲(chǔ)區(qū)塊的編程與抹除周期，在不同的快閃存儲(chǔ)區(qū)塊間搬移數(shù) 據(jù)。本發(fā)明的方法會(huì)將位于即將達(dá)到耐久性限制的存儲(chǔ)區(qū)塊內(nèi)的常用數(shù)據(jù)，搬移至較少被 使用的存儲(chǔ)區(qū)塊。應(yīng)用程序能通過(guò)邏輯尋址架構(gòu)（logicalacMressingschemes),掌握此 類(lèi)資料搬移的過(guò)程。盡管采用了耗損均化技術(shù)，會(huì)因?yàn)橄冗M(jìn)存儲(chǔ)器耐久度變低的趨勢(shì)下，審U 造更多主動(dòng)搬移數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)，使得存儲(chǔ)區(qū)塊可使用的周期也隨之降低。
[0004] 對(duì)于存取次數(shù)（包含編程/抹除周期或設(shè)定/重置周期）已經(jīng)達(dá)到一定程度的存 儲(chǔ)單元而言，也已發(fā)展出修復(fù)技術(shù)。某些類(lèi)型的存取周期，例如讀取周期，可能未被計(jì)入損 耗均化的過(guò)程。通過(guò)該些修復(fù)過(guò)程，可W提升存儲(chǔ)區(qū)塊的耐久性。例如，對(duì)電荷捕捉閃存W 及其它類(lèi)型的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器而言，可通過(guò)熱加速恢復(fù)（repair),或修復(fù)化eal)受損的存 儲(chǔ)單元，進(jìn)而改善存儲(chǔ)器裝置的耐久性。例如：旺宏電子股份有限公司已獲準(zhǔn)的美國(guó)專(zhuān)利號(hào) US8, 488, 387。與熱循環(huán)（thermal巧cling)類(lèi)似的作法也可W被應(yīng)用至其他存儲(chǔ)器技術(shù)。
[0005] 雖然修復(fù)操作可W使存儲(chǔ)單元恢復(fù)/修復(fù)至一定程度，但對(duì)某些技術(shù)而言，能夠 對(duì)存儲(chǔ)單元修復(fù)的次數(shù)仍受到限制。例如，如果對(duì)存儲(chǔ)器的同一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)塊重復(fù)進(jìn)行修復(fù)， 則修復(fù)過(guò)程的效益將因而降低。
[0006] 亟需發(fā)展出一種能夠利用修復(fù)過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)而解決存儲(chǔ)器的耐久性的技術(shù)。此外， 能W最小的負(fù)擔(dān)（overhead)防止存儲(chǔ)區(qū)塊被過(guò)度抹除或修復(fù)的技術(shù)也是迫切需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明敘述了通過(guò)修復(fù)均化而提升存儲(chǔ)器耐久度的技術(shù)。修復(fù)均化是一個(gè)用于使 存儲(chǔ)區(qū)塊的修復(fù)周期更為分散的邏輯程序。W下敘述的作法可W在不需要產(chǎn)生大量負(fù)擔(dān)的 情況下，達(dá)到修復(fù)均化的效果。修復(fù)均化技術(shù)能顯著的改善存儲(chǔ)區(qū)塊的存取效能與有效壽 命。長(zhǎng)期而言，通過(guò)使修復(fù)次數(shù)的分布更加均勻的作法，可W降低基于每一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)塊的存 取次數(shù)而直接進(jìn)行的損耗均化（wearleveling)。修復(fù)均化的作法可為：將自產(chǎn)生后鮮少 被使用或從未被修改的數(shù)據(jù)（例如：只讀性文件），搬移至經(jīng)歷過(guò)最多次、或經(jīng)歷過(guò)多次修 復(fù)的存儲(chǔ)區(qū)塊。
[0008]修復(fù)均化技術(shù)發(fā)出一個(gè)修復(fù)指令，進(jìn)而啟動(dòng)對(duì)損壞得存儲(chǔ)區(qū)塊進(jìn)行恢復(fù)或修復(fù)的 一個(gè)修復(fù)操作。修復(fù)均化技術(shù)可使存儲(chǔ)區(qū)塊間的修復(fù)周期次數(shù)的差異性縮小。并且，在進(jìn) 行損壞均化時(shí)，比較并縮小各存儲(chǔ)區(qū)塊間的使用差異性。在實(shí)施例中，當(dāng)存儲(chǔ)區(qū)塊達(dá)到一 個(gè)存取周期的限制（例如，一個(gè)抹除周期的臨界值、一個(gè)重置周期的臨界值、該存儲(chǔ)區(qū)塊出 現(xiàn)無(wú)法存取的數(shù)據(jù)，或是該存儲(chǔ)區(qū)塊的數(shù)據(jù)目前錯(cuò)誤率過(guò)高）時(shí)，通過(guò)發(fā)出修復(fù)指令而開(kāi) 始對(duì)存儲(chǔ)區(qū)塊進(jìn)行一個(gè)修復(fù)操作。在實(shí)施例中，對(duì)一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)塊進(jìn)行位錯(cuò)誤率化iterror rate,簡(jiǎn)稱(chēng)為BER)的偵測(cè)，并于該存儲(chǔ)區(qū)塊的位錯(cuò)誤率達(dá)到一預(yù)設(shè)的位錯(cuò)誤率的臨界值 時(shí)，發(fā)出修復(fù)指令而開(kāi)始對(duì)存儲(chǔ)區(qū)塊進(jìn)行修復(fù)操作。再者，在實(shí)施例中，因?yàn)橛脩?hù)的指令，或 是一個(gè)顯著事件（例如：系統(tǒng)重開(kāi)機(jī)，或存儲(chǔ)區(qū)塊最近修復(fù)操作的次數(shù)達(dá)到一個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間 的臨界值）的經(jīng)過(guò)時(shí)間，因而發(fā)出一個(gè)修復(fù)指令。
[0009] 此處所描述的存儲(chǔ)區(qū)塊的修復(fù)次數(shù)是指；施加于存儲(chǔ)區(qū)塊的修復(fù)操作/周期次 數(shù)。一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)塊的存取次數(shù)代表自該存儲(chǔ)區(qū)塊經(jīng)過(guò)前次修復(fù)后，所歷經(jīng)的與該存儲(chǔ)區(qū)塊 的耐久性相關(guān)的至少一種存取周期的次數(shù)。W閃存為例，一個(gè)存取周期可W是一個(gè)抹除周 期。在實(shí)施例中，在修復(fù)均化操作所使用的一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)塊的存取次數(shù)，代表該存儲(chǔ)區(qū)塊自前 次修復(fù)后所經(jīng)過(guò)的存取周期。在實(shí)施例中，利用一個(gè)陣列而維持并存儲(chǔ)每一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)塊的 修復(fù)次數(shù)與存取次數(shù)。
[0010] 結(jié)合修復(fù)均化技術(shù)的系統(tǒng)可包含用于修復(fù)均化的邏輯。通過(guò)該邏輯而使存儲(chǔ)區(qū)塊 的修復(fù)周期更為分散，最終能改善存儲(chǔ)區(qū)塊的持久性。并因此能夠在不產(chǎn)生大量負(fù)擔(dān)的情 況下，延長(zhǎng)存儲(chǔ)區(qū)塊的壽命。用于修復(fù)均化的邏輯可W硬件、軟件或其組合實(shí)現(xiàn)。
[0011] 在實(shí)施例中，確認(rèn)包含鮮少被抹除的數(shù)據(jù)而未超過(guò)臨界修復(fù)次數(shù)的存儲(chǔ)區(qū)塊，并 將該些數(shù)據(jù)移動(dòng)至最近被抹除超過(guò)臨界修復(fù)次數(shù)的存儲(chǔ)區(qū)塊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)修復(fù)均化。此程序 讓超過(guò)臨界修復(fù)次數(shù)的存儲(chǔ)區(qū)塊減少達(dá)到臨界存取次數(shù)的可能性。其中，臨界存取次數(shù)用 于指示后續(xù)的修復(fù)周期。
[0012] 為了對(duì)本發(fā)明的上述及其他方面有更好的了解，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合所 附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下：
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1A、圖1B，其為本發(fā)明技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)。
[0014] 圖2,其為本發(fā)明技術(shù)所采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0015] 圖3,其為本發(fā)明技術(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一種陣列元素的舉例。
[0016] 圖4,其為移動(dòng)危險(xiǎn)群組的一個(gè)例子。
[0017] 圖5,其為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)邏輯的流程圖的舉例。
[0018]圖6,其為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)W軟件方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的簡(jiǎn)化方塊圖。
[0019]【符號(hào)說(shuō)明】
[0020] 系統(tǒng)架構(gòu)100 閃存轉(zhuǎn)譯層140
[0021] 地址轉(zhuǎn)譯器141 修復(fù)均化器模塊110
[0022] 閃存存儲(chǔ)系統(tǒng)120 存儲(chǔ)器技術(shù)裝置層130
[0023] 安全群組210 危險(xiǎn)群組220
[0024]基底指柄 230、303
[00巧]修復(fù)串列 211、212、213、214、225
[0026]陣列結(jié)構(gòu) 300 條目 301、304、305、306、307
[0027] 實(shí)體存儲(chǔ)區(qū)塊地址302
[0028]步驟日 02、504、506、508、510、512、514、516、518、520、522、524、526、528、530、532、 534.536
【具體實(shí)施方式】
[0029] W下為關(guān)于修復(fù)均化的實(shí)施例的詳細(xì)描述，并可參考附圖。
[0030] 圖1A和圖1B舉例說(shuō)明兩個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)100,每一個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)各自包含一個(gè)用于對(duì)閃 存執(zhí)行修復(fù)均化的修復(fù)均化器模塊110。其他實(shí)施方式可適于其他類(lèi)型的存儲(chǔ)器。W閃存 存儲(chǔ)系統(tǒng)120為例，一個(gè)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)系統(tǒng)可W包括兩個(gè)用于控制存儲(chǔ)器巧片的軟件層。其 中一層是存儲(chǔ)器技術(shù)裝置層（memoirtechnologydevicelayer,簡(jiǎn)稱(chēng)為MTDlayer) 130， 另外一層是閃存轉(zhuǎn)譯層（flashtranslationlayer) 140。存儲(chǔ)器技術(shù)裝置層130是一個(gè) 硬件抽象層，用W提供閃存轉(zhuǎn)譯層存取底層快閃巧片的基本功能（primitive化nctions)， 例如讀取或?qū)懭?。閃存轉(zhuǎn)譯層可包括一個(gè)地址轉(zhuǎn)譯器（acMresstranslator) 141、清除器 (garbagecollectororcleaner)，和一個(gè)損耗均化器（wearleveler)。地址轉(zhuǎn)譯器 141 將被請(qǐng)求的邏輯區(qū)塊地址（logicalblockacMress，簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)BA)翻譯為相對(duì)應(yīng)的實(shí)體 (physical)的存儲(chǔ)區(qū)塊與分頁(yè)。垃圾收集器用于回收有些存儲(chǔ)器（例如；閃存）因?yàn)橐淮?寫(xiě)入特性（write-onceprope;rty)W及異區(qū)更新（〇ut-〇f-placeupdate)的特性而產(chǎn)生的 無(wú)效數(shù)據(jù)。損耗均化器是通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)區(qū)塊分散抹除的方式，延長(zhǎng)存儲(chǔ)器巧片的壽命。在實(shí) 施例中，修復(fù)均化技術(shù)被整合至各種類(lèi)型存儲(chǔ)器巧片的現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)中。在圖1A的實(shí)施例 中，將修復(fù)均化器模塊110整合至閃存轉(zhuǎn)譯層140。在圖1B的實(shí)施例中，可共同使用修復(fù)均 化器模塊110與損耗均化器，將用于延長(zhǎng)閃存的壽命的修復(fù)均化器模塊110設(shè)置于閃存轉(zhuǎn) 譯層140與存儲(chǔ)器技術(shù)裝置層130間，甚至W修復(fù)均化器模塊110替換損耗均化器。
[0031] 修復(fù)均化技術(shù)的一個(gè)重要面向是，捜尋和辨識(shí)休眠數(shù)據(jù)（dormantdata)。修復(fù)均 化技術(shù)可W通過(guò)控制邏輯實(shí)現(xiàn)的度量方式辨識(shí)休眠數(shù)據(jù)。若與存儲(chǔ)在其他存儲(chǔ)區(qū)塊的數(shù)據(jù) 相比時(shí)，存儲(chǔ)區(qū)塊所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)已經(jīng)較久未被更新時(shí)，可將其視為休眠數(shù)據(jù)。辨識(shí)休眠數(shù)據(jù) 的作法可采用不同方式實(shí)現(xiàn)。例如，可W利用具有一定觀(guān)察期（observationperiod)的修 復(fù)串列化ealinglist)確認(rèn)休眠數(shù)據(jù)。在實(shí)施例中，修復(fù)均化技術(shù)包含兩個(gè)程序；調(diào)整程 序（adjustmentprocedure)和凍結(jié)程序（freezeprocedure)。該兩個(gè)程序使用修復(fù)串列 作為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。只是，調(diào)整程序與凍結(jié)程序所使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并不W修復(fù)串列為限。實(shí)際 應(yīng)用時(shí)，只要能用于能管理多個(gè)條目的結(jié)構(gòu)（例如：陣列、群組、樹(shù)狀結(jié)構(gòu)等）即可。調(diào)整程 序利用一個(gè)度量（例如；在給定的修復(fù)串列中最近最少被抹除的存儲(chǔ)區(qū)塊），有效率地捜尋 并確認(rèn)存儲(chǔ)著冬眠數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)塊。在實(shí)施例中，確認(rèn)在存儲(chǔ)區(qū)塊內(nèi)存有休眠數(shù)據(jù)的方式 是，將最近被清除或抹除的存儲(chǔ)區(qū)塊搬移至修復(fù)串列的前端化eadofhealinglist)。其 中，包含休眠數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)塊則聚集在修復(fù)串列的后端（tailofhealinglist)。在實(shí)施 例中，會(huì)在每次有