可配合調整可靠度的儲存裝置及其建立與數據寫入方法

2023-09-17 16:31:00

專利名稱：可配合調整可靠度的儲存裝置及其建立與數據寫入方法
技術領域：
本發明涉及一種儲存裝置，特別指一種可配合調整可靠度的儲存裝 置及其建立與數據寫入方法。
背景技術：
近幾年來，由於科技產業的快速發展，各種產品對於儲存媒體的需 求與日倶增，從早期磁帶機、磁碟驅動器、硬碟機、光碟機乃至於現今普 遍使用的矽儲存裝置(如隨身碟、卡片閱讀機或固態磁碟驅動器(S0lKi
State Disk， SSD)等)，都是為了因應大量數據儲存需求以及使用便利性 而逐漸發展形成的產品。其中矽儲存裝置由於是採用儲存用內存(Storage Memory)例如快閃記憶體(FlashMemory)作為儲存媒介，其不但具有體積小、 省電、穩定、耐震及存取速度快等多項優點，更因其非揮發性及應用設 計簡單，而使得目前市面上大多數產品紛紛加以整合支持，以達到擴充 產品功能的效用。
然而，由於此類快閃記憶體本身在經過不斷地重複抹除(Erase)及讀寫運 作後，會因為電氣特性而產生有程度不一的毀損(Worn Out)情況，而 當這些毀損的區塊(BadBlock)數目累積到超過預留的備用區塊(Spare Block)時，將導致快閃記憶體的數據存取可靠度(Reliability)降低，並且儲存 裝置會因為快閃記憶體無法提供有效的可用空間而回報系統錯誤訊息，例如呈 現只讀(Read-Only)狀態。
而為了解決產品可靠度問題，以目前習知技術來講，大致可有以下幾種解決方式，其一是採用單位成本較高但耐用度較佳的儲存用內存(如SLC Flash),以減緩耗損情況。再者是使用較新的平均讀寫儲存區 塊的算法(Wear-Leveling Algorithm)來存取儲存用內存，以將數據平均 分配寫入儲存用內存各區塊中，讓儲存用內存中的每個儲存區塊可輪流 的被使用，提高各儲存區塊的平均使用率，避免單一儲存區塊因過度使 用而造成毀損。進而可再透過儲存裝置中控制器的錯誤檢查碼(Error Correcting Code, ECC)技術的改良，以主動的對傳輸數據進行偵錯，當 發現傳輸位數據錯誤(bit error)時，可自動修正錯誤位數據，確保數據 在傳輸時的完整性，以避免數據錯誤的狀況產生進而提升產品可靠度。 此外，更可將儲存用內存的部分容量分割形成備用空間，以預留給曰後 儲存用內存發生儲存區塊毀損時得以進行替換使用，但如此一來，使用 者所能使用到的儲存裝置的容量將會比實際上的容量小。而由於儲存裝置的應用領域非常廣泛，從商業、工業甚至是軍事用 途皆可使用，而在每種用途下所需的可靠度又有所不同，因此，若採用 以上幾種解決方式進行改善，不是必須針對不同的用途而在韌體上進行 大幅度修改；就是必須因應不同的可靠度應用而保留不同大小的備用空 間，對此相對也就影響到使用者所能真正使用的儲存空間。發明內容有鑑於此，本發明所要解決的技術問題在於，透過簡單的硬體電路 設計，除了原本用以儲存數據用的內存之外，更另外增加一作為備用空 間用的內存，並且可以根據儲存裝置的不同可靠度需求，來配置最合適 的備用容量。在這種架構下，當針對不同應用而有不同的儲存裝置可靠 度需求時，可以透過配置最合適容量的備用空間用內存，來符合可靠度需求。如此就不會因儲存裝置可靠度的需求不同而被迫使用不一致的儲 存容量，更可讓儲存裝置不需大幅度地修改韌體而達到適用於各種可靠 度的目的。為了達到上述目的，根據本發明所提出的一方案，提供一種可配合 調整可靠度的儲存裝置，其具有一使用儲存容量，並且定義有該儲存裝 置的可靠度，而儲存裝置包括至少一第一儲存單元、至少一第二儲存 單元及一控制單元。其中，第一儲存單元用來形成該儲存裝置的使用儲 存容量，以進行數據儲存，而第二儲存單元則依據使用儲存容量及該可 靠度來配置以產生一備用容量，並且第二儲存單元對應連接第一儲存單 元，進而以一區塊為單位來替換第一儲存單元，於是控制單元得以藉由 控制該第一儲存單元及該第二儲存單元的運作，而用以與一應用系統進 行數據傳輸及轉換。藉此，透過所配置第二儲存單元的備用容量的大小 來符合不同可靠度的需求，使其不會影響第一儲存單元的使用儲存容量。為了達到上述目的，根據本發明所提出的另一方案，提供一種可配 合調整可靠度的儲存裝置的建立方法，其所述的儲存裝置包含一第一儲 存單元，而該建立方法的步驟包括首先，決定第一儲存單元所形成的 一使用儲存容量，以使該使用儲存容量成為儲存裝置提供給使用者的可 使用容量，接著定義該儲存裝置所需的可靠度，進而根據使用儲存容量 及該可靠度以便產生一所需的備用容量，之後依據此備用容量來配置一 第二儲存單元，使儲存裝置可於第一儲存單元中的使用儲存容量產生儲 存區塊毀損時，可由第二儲存單元的備用容量加以替換。藉此，使該儲 存裝置擁有該第一儲存單元及該第二儲存單元以完成建立該可配合調整 可靠度的儲存裝置，並且透過配置第二儲存單元所產生的備用容量的大小來符合不同可靠度的需求，使其不會影響原本第一儲存單元的使用儲為了達到上述目的，根據本發明所提出的再一方案，提供一種可配 合調整可靠度的儲存裝置的數據寫入方法，其所述的儲存裝置包含一第 一儲存單元及一第二儲存單元，第一儲存單元形成一使用儲存容量，第 二儲存單元形成一備用容量，該數據寫入方法的步驟包括首先，進行 接收一寫入數據，並將該寫入數據寫入第一儲存單元中，在寫入過程中 若因第一儲存單元的儲存區塊毀損而導致該寫入數據寫入失敗時，則於 第二儲存單元取得一可用空間，並且將該取得的可用空間以一區塊為單 位替換該第一儲存單元所毀損的儲存區塊，進而繼續進行寫入該寫入數 據。其中，透過第二儲存單元的備用容量的大小來符合不同可靠度的需 求，使其不會影響第一儲存容量，並且在該可靠度需求下，儲存裝置的 使用儲存容量不會因該第一儲存單元的儲存區塊毀損而產生容量減少。以上的概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本 發明為達成預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其它 目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。


圖1為本發明可配合調整可靠度的儲存裝置的一實施例方塊圖； 圖2A為儲存裝置的儲存用內存預設耐用值常態統計曲線分布圖-， 圖2B為儲存裝置的儲存用內存預設耐用值及備用容量比例的對照 關係圖；圖3為本發明可配合調整可靠度的儲存裝置的另一實施例方塊圖；圖4為本發明可配合調整可靠度的儲存裝置的建立方法實施例流程圖；及圖5為本發明可配合調整可靠度的儲存裝置的數據寫入方法實施例 流程圖。圖式符號說明 儲存裝置1 控制單元10 儲存用內存100 第一儲存單元11 第二儲存單元12 應用系統具體實施方式
請參考圖1，為本發明可配合調整可靠度的儲存裝置的一實施例方塊 圖，如圖所示，本發明提供一種可配合調整可靠度的儲存裝置1，其具有 一使用儲存容量，而該使用儲存容量即為使用者針對儲存裝置1所能進 行存取的空間，而儲存裝置1可例如為通用序列總線(USB)接口、整 合式驅動電子(IDE)接口、序列高階技術附件(SATA)接口、周邊零 件連接(PCI)接口、快捷周邊零件連接(PCI Express)接口、 IEEE 1394 接口或業界通用接口的儲存裝置1，其包括 一控制單元10、至少一第 一儲存單元11及一第二儲存單元12。其中，控制單元10用以控制第一 儲存單元11及第二儲存單元12，以與一應用系統2進行數據的傳輸及轉 換。而第一儲存單元11中包含有至少一個儲存用內存(Storage Memory)100，第二儲存單元12也包含至少一個儲存用內存100，並且控制單元IO為例如個別透過一晶片智能(Chip Enable, CE)信號來控制第一儲存 單元11及第二儲存單元12中的儲存用內存100。第一儲存單元11中所包含的儲存用內存100的儲存容量總和即為儲 存裝置1提供給使用者的使用儲存容量，而第二儲存單元12對應連接第 一儲存單元11，並且第二儲存單元12中的儲存用內存IOO形成一備用容 量，以於第一儲存單元ll出現儲存區塊毀損(BadBlock)時，得以利用 一區塊為單位來替換第一儲存單元11，將原本指向第一儲存單元11中所 毀損的儲存區塊地址改變指向為第二儲存單元12中的可用區塊地址，以 達成替換的效果。而由於儲存裝置1所要求的可靠度，會因為使用的領域不同或因產 品的市場定位不同而區隔成不同可靠度等級。例如可依據儲存裝置1的 用途屬性來加以區分為商業屬性、工業屬性或軍事用屬性等不同等級， 而採用不同等級的可靠度的儲存裝置1，其可以接受的產品壽命也就因此 不相同，其中可靠度的等級需求越高，儲存裝置1必須擁有較大的備用 替換空間以保證在所要求的產品壽命內能替換所產生的毀損區塊，也就 是說本發明中第二儲存單元12是需依照儲存裝置1所需的可靠度來配置 備用容量的大小。此外，儲存裝置1的使用儲存容量以及第一儲存單元11的預設耐用 值(Endurance)也是影響第二儲存單元12決定配置備用容量的大小的依 據，因為若使用儲存容量越大，又要能達到儲存裝置1所設定的可靠度， 第二儲存單元12也就必須配置相對應符合需求的備用容量大小來進行所 需的替換；而第一儲存單元11的預設耐用值則是指每個儲存用內存100 在出廠時都有估計其所能進行抹除(Emse)的次數，這個預設耐用值也會影響第一儲存單元11所能可靠地進行數據存取的參考，因此也可例如 為影響配置第二儲存單元12的備用容量大小的依據。除了以上所述的因素會影響第二儲存單元12配置的備用容量外，可視現實情況加入其它因 素來一併考慮，以配置出最佳的第二儲存單元12的備用容量。為了進一步了解儲存裝置1的備用容量與可靠度的轉換關係，請同 時參考圖2A及圖2B，為儲存裝置的儲存用內存預設耐用值常態統計曲 線分布圖及其與備用容量比例的對照關係圖。儲存用內存100的預設耐 用值，如上所述會影響第一儲存單元11的可靠度，以統計的角度來分析， 會以平均值^及標準差a的圖2A的常態分布來呈現。而我們可以透露使 用其預設耐用值的平均值M及標準差a來轉換成儲存裝置1的可靠度。 舉例來說，儲存裝置1中的儲存用內存100會有50%的比例是能夠成功 地進行次的抹除(Erase)動作，會有84.1%的比例是能夠成功地進 行"iLt一lcr"次的抹除(Erase)動作，有97.7%的比例是能夠成功地進行 "y—2a"次的抹除(Erase)動作，依此類推。而將此常態統計曲線所包 含的比例分布情形利用累積的方式來計算，便可得到如圖2B的對照關 系。在儲存用內存100的預設耐用值平均值為//及標準差為(7的情況時， 當我們要求可靠度為"M—3(J"時，必須保留有第一儲存單元容量的0.2% 的備用容量，以符合所要求的可靠度；當我們要求可靠度的等級為 2d"時，必須保留有第一儲存單元容量的2.3%的備用容量以符合所要求 的可靠度；而當我們要求可靠度的等級為"/x—l(7"時，就必須保留有第 一儲存單元容量的15.9%的備用容量以符合所要求的可靠度，依此類推。 可靠度的等級越高，所需保留的備用容量也就越大；相反的，若使用者 所要求的可靠度的等級越低，則保留的備用容量也就相對的較小。因此， 透過對照關係圖的對應，本發明的儲存裝置1便可依所需的可靠度的等級及第一儲存單元11的使用儲存容量來配置第二儲存單元12的備用容 量的大小。在此所述，只是眾多備用容量與可靠度的轉換關係的一例， 可視情況加入其它因素來考慮轉換關係，以配置出最佳的第二儲存單元 12的備用容量來符合所要求的可靠度。再者，為了提升儲存裝置1的數據存取速度，在本發明的儲存裝置1中，控制單元IO不僅支持單通道(Single- Channel)的控制晶片，更可 例如支持雙通道(Dual-Channel)甚至是多通道(如4-Channel或8-Channd)的控制晶片。因此請參考圖3為本發明可配合調整可靠度的 儲存裝置的另一實施例方塊圖，其是以雙通道的設計來舉例說明，而在 本實施例中大致與上述實施例的運作方式相同，而不同之處在於因為儲 存裝置1是採用雙信道的設計，因此第一儲存單元11及第二儲存單元12 必須依據控制單元10所支持的信道數來決定個數，於是控制單元10並 聯兩個第一儲存單元11以同步進行數據處理而加快數據存取速度，此外 兩個第一儲存單元11也分別對應連接單獨的第二儲存單元12，以個別進 行替換來達成配合調整可靠度的功效。請參考圖4，為本發明可配合調整可靠度的儲存裝置的建立方法實施 例流程圖，如圖所示，該建立方法的歩驟包括首先，取得儲存裝置1 中第一儲存單元11的儲存用內存100的預設耐用值(S401)，再者，進 行決定第一儲存單元11所要形成的使用儲存容量的大小(S403)，其中 使用儲存容量即為使用者所能使用儲存裝置1的容量，接著再依據儲存 裝置1所欲使用的用途屬性或產品的市場定位來定義出所需的可靠度 (S405)，進而整合考慮預設耐用值、使用儲存容量及所需的可靠度之後， 得以獲得所需保留的適合的備用容量(S407)。而根據此備用容量便可進 行配置第二儲存單元12的儲存用內存100的容量大小(S409)，以符合在該所需的可靠度下，得以替換第一儲存單元ll所產生的毀損區塊。最 後，使得儲存裝置1中配置有第一儲存單元11及第二儲存單元12，以完成建立可配合調整可靠度的儲存裝置1 (S411)，並且不管所因應配置的 第二儲存單元12其備用容量的大小，都不會影響到第一儲存單元11所提供給使用者的使用儲存空間的大小。請再參考圖5，為本發明可配合調整可靠度的儲存裝置的數據寫入方 法實施例流程圖，本實施例主要用以說明可配合調整可靠度的儲存裝置1 在數據寫入時，關於其中第一儲存單元11及第二儲存單元12之間的運 作情形，如圖所示，先判斷儲存裝置1是否進行數據寫入作業(S501)， 若判斷結果為是，則進行接收一寫入數據(S503)，進而將寫入數據寫入 至第一儲存單元11的儲存區塊中(S505)。接著，判斷數據寫入作業是 否寫入成功(S507)，若判斷結果為否，即表示第一儲存單元11的儲存 區塊發生毀損而導致數據寫入失敗，此時便進一步判斷是否可於用來替 換的第二儲存單元12中取得一可用空間(S509)，其中該可用空間為足 夠可替換第一儲存單元ll中所毀損的儲存區塊的空間，若步驟(S509) 的判斷結果為是，便將第二儲存單元12中的可用空間以一區塊為單位來 替換第一儲存單元11中所毀損的儲存區塊(S511)，也就是說，儲存裝 置1中的控制單元10會將原本指向第一儲存單元11所毀損的儲存區塊 地址改變為指向第二儲存單元12的可用空間的地址，以將原本的寫入數 據繼續進行寫入作業。而在上述歩驟(S501)的判斷結果為否或者步驟(S507)的判斷結 果為是的情形下，即分別表示目前並無寫入數據來進行寫入作業，以及 該寫入數據成功地寫入第一儲存單元11，此時則持續進行判斷是否有其 它數據欲進行寫入作業，以執行寫入作業的程序。再者，若步驟(S509)的判斷結果為否，則表示第二儲存單元12的可用空間已置換完而無剩餘可用空間，因此寫入數據將無法進行寫入而結束寫入作業(S513),此時 儲存裝置1也會響應應用系統2 —錯誤訊息。綜上所述，本發明依據所需的可靠度所建立的儲存裝置1，透過其中 的第二儲存單元12所形成的備用容量來符合不同的可靠度需求，使其不 會因為不同的可靠度需求，而影響到第一儲存單元ll的使用儲存容量的 大小。不僅得以達到讓使用者在任何可靠度需求下，能使用到一致的使 用儲存容量，更可讓儲存裝置1不需大幅度地修改韌體而達到適用於各種可靠度的目的。但，以上所述，僅為本發明的具體實施例的詳細說明及圖式而已， 並非用以限制本發明，本發明的所有範圍應以申請專利範圍為準，任何 熟悉該項技藝者在本發明的領域內，可輕易思及的變化或修飾皆可涵蓋 在本發明所界定的專利範圍。
權利要求
1、 一種可配合調整可靠度的儲存裝置，其特徵在於具有一使用儲存容量，並且定義有該儲存裝置的可靠度，該儲存裝置包括至少一第一儲存單元，用以達成該使用儲存容量；至少一第二儲存單元，依據該使用儲存容量及該可靠度來配置以形成一備用容量，並對應連接該第一儲存單元；及一控制單元，控制該第一儲存單元及該第二儲存單元，以與一應用系統進行數據轉換；藉此，透過配置該第二儲存單元的備用容量大小而得以符合該可靠度的需求，並且不會影響該第一儲存單元的使用儲存容量。
2、 如權利要求1所述的可配合調整可靠度的儲存裝置，其特徵在於所述的儲存裝置為通用序列總線(USB)接口、整合式驅動電子(IDE) 接口、序列高階技術附件(SATA)接口、周邊零件連接(PCI)接口、 快捷周邊零件連接(PCI Express)接口、 IEEE 1394接口或業界通用接口 的儲存裝置。
3、 如權利要求1所述的可配合調整可靠度的儲存裝置，其特徵在於 所述的第一儲存單元及該第二儲存單元皆包含至少一儲存用內存(Storage Memory)。
4、 如權利要求1所述的可配合調整可靠度的儲存裝置，其特徵在於 所述的第二儲存單元是當該第一儲存單元的使用儲存容量產生儲存區塊 毀損時，用以替換該第一儲存單元。
5、 如權利要求1所述的可配合調整可靠度的儲存裝置，其特徵在於 所述的第二儲存單元是以一區塊為單位來替換該第一儲存單元。
6、 如權利要求1所述的可配合調整可靠度的儲存裝置，其特徵在於所述的控制單元支持單信道、雙信道或多信道的控制晶片，並且該第一 儲存單元及該第二儲存單元的數量依據該控制單元的信道數來決定。
7、 如權利要求1所述的可配合調整可靠度的儲存裝置，其特徵在於 所述的第二儲存單元更可進一步整合考慮該第一儲存單元的預設耐用值(Endurance)及該儲存裝置所需的可靠度來配置該備用容量的大小。
8、 如權利要求1所述的可配合調整可靠度的儲存裝置，其特徵在於 所述的儲存裝置的可靠度依據該儲存裝置的一用途屬性或一產品區隔(Segmentation)來定義。
9、 如權利要求8所述的可配合調整可靠度的儲存裝置，其特徵在於所述的用途屬性為商業屬性、工業屬性或軍事用屬性等。
10、 一種可配合調整可靠度的儲存裝置的建立方法，其特徵在於 所述的儲存裝置包含一第一儲存單元，該建立方法的歩驟包括決定該第一儲存單元所形成的一使用儲存容量，其中該使用儲存容 量為該儲存裝置提供給使用者使用的容量； 定義該儲存裝置所需的該可靠度；根據該使用儲存容量及該可靠度以產生一備用容量；及 配置一第二儲存單元具有該備用容量，使該第二儲存單元得以替換該第一儲存單元；藉此，使該儲存裝置擁有該第一儲存單元及該第二儲存單元以完成 建立該可配合調整可靠度的儲存裝置，並且該產生的備用容量的大小不 會影響該第一儲存單元的使用儲存容量。
11、 如權利要求10所述的可配合調整可靠度的儲存裝置的建立方法，其特徵在於所述的備用容量更可進一步整合考慮該第一儲存單元的預設耐用值(Endurance)及該儲存裝置所需的可靠度來產生。
12、 如權利要求10所述的可配合調整可靠度的儲存裝置的建立方法， 其特徵在於所述的可靠度的等級依據該儲存裝置的一用途屬性或一產品區隔(Segmentation)來定義。
13、 如權利要求12所述的可配合調整可靠度的儲存裝置的建立方法， 其特徵在於所述的用途屬性為商業屬性、工業屬性或軍事用屬性等。
14、 如權利要求IO所述的可配合調整可靠度的儲存裝置的建立方法， 其特徵在於所述的第一儲存單元及該第二儲存單元皆包含至少一儲存 用內存(Storage Memory)。
15、 如權利要求IO所述的可配合調整可靠度的儲存裝置的建立方法， 其特徵在於所述的第二儲存單元是當該第一儲存單元產生儲存區塊毀 損時以替換該第一儲存單元。
16、 如權利要求10所述的可配合調整可靠度的儲存裝置的建立方法， 其特徵在於所述的第二儲存單元是以一區塊為單位來替換該第一儲存 單元。
17、 如權利要求IO所述的可配合調整可靠度的儲存裝置的建立方法，其特徵在於所述的儲存裝置可進一步透過配置該第二儲存單元的備用 容量大小而得以符合該可靠度的需求，並且不會影響該第一儲單元的使 用儲存容量。
18、 一種可配合調整可靠度的儲存裝置的數據寫入方法，其特徵在於所述的儲存裝置包含一第一儲存單元及一第二儲存單元，該第一儲 存單元形成該儲存裝置的一使用儲存容量，而該第二儲存單元形成一備 用容量，該數據寫入方法的步驟包括接收一寫入數據，並將該寫入數據寫入該第一儲存單元； 若因該第一儲存單元的儲存區塊毀損而導致該寫入數據寫入失敗時，則自該第二儲存單元的備用容量取得一可用空間；及將該可用空間以一區塊為單位替換該第一儲存單元所毀損的儲存區塊，進而進行寫入該寫入數據；其中，該第二儲存單元的備用容量的大小不會影響該第一儲存單元 的使用儲存容量。
19、 如權利要求18所述的可配合調整可靠度的儲存裝置的數據寫入方法，其特徵在於所述的第一儲存單元及該第二儲存單元皆包含至少一儲存用內存(Storage Memory)。
20、 如權利要求18所述的可配合調整可靠度的儲存裝置的數據寫入 方法，其特徵在於所述的第二儲存單元的容量大小是整合考慮該第一 儲存單元的預設耐用值(Endurance)及儲存裝置所需的可靠度來進行配
21、 如權利要求18所述的可配合調整可靠度的儲存裝置的數據寫入 方法，其特徵在於若該第二儲存單元無法提供該可用空間來和該第一 儲存單元進行替換時，則該儲存裝置響應一錯誤訊息。
22、 如權利要求18所述的可配合調整可靠度的儲存裝置的數據寫入 方法，其特徵在於所述的可靠度的等級依據該儲存裝置的一用途屬性 或一產品區隔(Segmentation)來定義。
全文摘要
一種可配合調整可靠度的儲存裝置，其特徵在於，具有一使用儲存容量，並且定義有該儲存裝置的可靠度，其包括至少一第一儲存單元、至少一第二儲存單元及一控制單元。第一儲存單元用來形成該使用儲存容量，而第二儲存單元依照使用儲存容量及該可靠度來配置產生一備用容量，並且第二儲存單元得以替換第一儲存單元中所毀損的儲存區塊，而控制單元可控制第一儲存單元及第二儲存單元來與一應用系統進行數據轉換。藉此，透過配置該第二儲存單元的備用容量大小，以符合不同可靠度的需求，使其不會影響到第一儲存單元的使用儲存容量。
文檔編號G06F12/02GK101286134SQ200710090489
公開日2008年10月15日 申請日期2007年4月12日 優先權日2007年4月12日
發明者張惠能 申請人:威剛科技股份有限公司