Lsb頁面和msb頁面中的選擇性數據存儲的製作方法

2023-09-16 15:42:50

Lsb頁面和msb頁面中的選擇性數據存儲的製作方法
【專利摘要】一種用於數據存儲的方法，包括：提供存儲器(32)，該存儲器包括多組存儲單元並被配置為同時使用具有第一訪問時間的第一存儲配置保存第一數據和使用具有第二訪問時間的第二存儲配置保存第二數據，第二訪問時間長於第一訪問時間，使得每組的每個存儲單元保存第一數據的至少一位和第二數據的一個或多個位。數據項被接收用於保存在存儲器中。將所接收的數據項分類到快速訪問類和正常訪問類中。使用第一存儲配置將快速訪問類中的數據項保存在存儲器中，使用第二存儲配置將正常訪問類中的數據項保存在存儲器中。
【專利說明】LSB頁面和MSB頁面中的選擇性數據存儲
發明領域
[0001]本發明總體上涉及存儲器系統，尤其涉及用於多級存儲器設備中數據存儲的方法和系統。
[0002]發明背景
[0003]根據數據的使用模式將數據保存在存儲器中的各種技術在本領域中是公知的。例如，美國專利申請公開2009/0049234，其公開內容通過引用被併入此處，描述了一種將數據保存在包括第一和第二存儲器層的固態存儲器中的存儲方案。執行第一評估來確定所接收的數據是否是熱數據或冷數據。將被評估為熱數據的所接收數據保存在第一存儲器層，將被評估為冷數據的所接收數據保存在第二存儲器層。此外，執行第二評估來確定保存在第一存儲器層中的數據是否為熱數據或冷數據。然後將在第二評估期間被評估為冷數據的數據從第一存儲器層遷移到第二存儲器層。
[0004]作為另一例子，美國專利申請公開2011/0010489，其公開內容通過引用被併入此處，描述了一種用於管理快閃記憶體設備的多個邏輯塊的邏輯塊管理方法。該方法包括提供快閃記憶體控制器，以及將邏輯塊分組到多個邏輯區域，其中每個邏輯塊映射到多個邏輯區域中的一個。該方法還包括對每個邏輯塊的使用計數值進行計數，以及根據使用計數值動態地調整邏輯塊與邏輯區域之間的映射關係。相應地，該邏輯塊管理方法能有效地利用邏輯區域來確定邏輯塊的使用模式並使用不同機制寫入數據，以便改善快閃記憶體存儲設備的性能。

【發明內容】

[0005]此處所述的本發明的一個實施例提供了 一種用於數據存儲的方法。該方法包括提供存儲器，該存儲器包括多組存儲單元，並被配置為同時使用具有第一訪問時間的第一存儲配置保存第一數據和使用具有第二訪問時間的第二存儲配置保存第二數據，第二訪問時間長於第一訪問時間，使得每組的每個存儲單元保存第一數據的至少一位和第二數據的一個或多個位。數據項被接收用於保存在存儲器中。所接收的數據項被分類到快速訪問類和正常訪問類中。使用第一存儲配置將快速訪問類中的數據項保存在存儲器中，使用第二存儲配置將正常訪問類中的數據項保存在存儲器中。
[0006]在一些實施例中，使用第一存儲配置保存數據項包括將數據項保存在存儲器的最低有效位(Least Significant Bit, LSB)頁面中，以及使用第二存儲配置保存數據項包括將數據項保存在存儲器的最高有效位(Most Significant Bit, MSB)頁面中。
[0007]在一個已公開的實施例中，將數據項分類包括將以第一訪問頻率訪問的頻繁被訪問的數據項分類到快速訪問類中，以及將以第二訪問頻率訪問的很少被訪問的數據項分類到正常訪問類中，第二訪問頻率小於第一訪問頻率。在另一個實施例中，將數據項分類包括將管理數據分類到快速訪問類中，以及將用戶數據分類到正常訪問類中。
[0008]在另一個實施例中，將數據項分類包括將各個被映射到存儲器物理頁面的第一編號的第一數據項分類到快速訪問類中，以及將各個被映射到物理頁面的第二編號的第二數據項分類到正常訪問類中，第二編號大於第一編號。[0009]在一些實施例中，將數據項分類包括:應用預定義的固定分類把數據項分成快速訪問類和正常訪問類。在替代的實施例中，從主機接收數據項，並且將數據項分類包括從主機接收分為快速訪問類和正常訪問類的數據項分類。此外，作為替換，將數據項分類包括:通過監控到數據項的存儲器訪問操作，自適應地確定分成快速訪問類和正常訪問類的數據項分類。
[0010]在一些實施例中，保存數據項包括將屬於快速訪問類的數據項緩存在第一緩衝器中，將屬於正常訪問類的數據項緩存在第二緩衝器中，以及分別使用第一存儲配置和第二存儲配置保存被緩存在第一緩衝器和第二緩衝器中的數據項。
[0011]在一個實施例中，保存數據項包括運行壓縮處理，將數據從存儲器的一個或多個源塊複製到存儲器的一個或多個目標塊，使得使用第一存儲配置將屬於快速訪問類的數據項保存在目標塊中，以及使用第二存儲配置將屬於正常訪問類的數據項保存在目標塊中。
[0012]運行壓縮處理可包括:給存儲器的多個塊分配相應的等級，使得塊的等級指示出保存在塊中的數據項的訪問頻率，以及基於等級選擇候選塊作為源塊。此外或者作為替換，運行壓縮處理可包括:給存儲器的多個塊分配相應的等級，使得塊的等級指示出:分為快速訪問類和正常訪問類的保存在塊中的數據項分類與用於將數據保存在塊中的實際存儲配置之間的匹配，以及基於等級選擇候選塊作為源塊。
[0013]此外提供了按照該本發明實施例的用於數據存儲的設備，該設備包括接口和存儲電路。該接口被耦合用於與存儲器進行通信，該存儲器包括多組存儲單元，並被配置為同時使用具有第一訪問時間的第一存儲配置保存第一數據和使用具有第二訪問時間的第二存儲配置保存第二數據，第二訪問時間長於第一訪問時間，使得每組的每個存儲單元保留第一數據的至少一位和第二數據的一個或多個位。該存儲電路被配置為接收用於保存在存儲器中的數據項，將所接收的數據項分類到快速訪問類和正常訪問類中，使用第一存儲配置將快速訪問類中的數據項保存在存儲器中，使用第二存儲配置將正常訪問類中的數據項保存在存儲器中。
[0014]還提供了按照該本發明實施例的用於數據存儲的設備，該設備包括存儲器和存儲電路。該存儲器包括多組存儲單元，並被配置為同時使用具有第一訪問時間的第一存儲配置保存第一數據和使用具有第二訪問時間的第二存儲配置保存第二數據，第二訪問時間長於第一訪問時間，使得每組的每個存儲單元保留第一數據的至少一位和第二數據的一個或多個位。該存儲電路被配置為接收用於保存在存儲器中的數據項，將所接收的數據項分類到快速訪問類和正常訪問類中，使用第一存儲配置將快速訪問類中的數據項保存在存儲器中，使用第二存儲配置將正常訪問類中的數據項保存在存儲器中。
[0015]根據以下實施例的詳細說明並結合附圖將更加徹底地理解本發明，其中:
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是示意性地示出了按照本發明實施例的固態驅動器(Solid State Drive,SSD)的框圖；以及
[0017]圖2是示意性地示出了按照本發明實施例的用於多級單元(Mult1-Level Cell,MLC)快閃記憶體中數據存儲的方法的流程圖；以及
[0018]圖3是示意性地示出了按照本發明實施例的用於存儲塊壓縮的方法的流程圖。【具體實施方式】
[0019]概述
[0020]多級單元(Mult1-Level Cell, MLC)存儲器設備包括多個存儲單元，每個存儲單元保留兩個或更多數據位。不同MLC位通常具有不同的訪問時間。例如，在典型的2位/單元MLC快閃記憶體設備中，存儲單元組可能各自保留具有快速訪問時間的最低有效位(LeastSignificant Bit, LSB)頁面和具有更長訪問時間的最高有效位(Most SignificantBit,MSB)頁面。LSB頁面和MSB頁面有時被分別稱為「下頁面」和「上頁面」。
[0021]在下文描述的本發明實施例提供了用於在MLC存儲器設備中保存數據的改進的方法和系統。所公開的技術將MLC存儲器視為能夠使用兩種不同的存儲配置保存數據:正常存儲配置和快速存儲配置。在2位/單元快閃記憶體設備中，例如，快速存儲配置包括LSB頁面中的存儲，正常存儲配置包括在設備的MSB頁面中的存儲。
[0022]被接收存儲的數據項被分類為快速訪問類和正常訪問類，即分類為以快速訪問時間保存的數據項和以正常訪問時間保存的數據項。使用快速存儲配置(例如，在LSB頁面中)保存前者的數據項，使用正常存儲配置(例如，在MSB頁面中)保存後者的數據項。在一個示例性實施例中，快速存儲配置用於保存頻繁被訪問(常常被成為「熱」)的數據項，而正常存儲配置用於保存很少被訪問(「冷」)的數據項。通過將存儲配置與數據的使用頻率進行匹配，存儲器的平均訪問時間能夠得以大幅度減少。
[0023]在所公開的技術中，同樣的存儲單元組同時採用快速訪問時間和正常訪問時間:存儲器的每個存儲單元保留使用快速存儲配置保存的至少一位和使用正常存儲配置保存的至少一位。在一個典型示例中，數據項的兩種類型(快速訪問時間和正常訪問時間)被保存在MLC快閃記憶體設備的同一擦除塊的不同頁面。
[0024]原則上能夠使用兩種不同的存儲器類型(例如，SLC設備和MLC設備)，用於提供快速訪問時間和正常訪問時間，但是這類方案是低效的和不靈活的。與傳統的MLC方案比較，所公開的技術提高了存儲器性能，簡化了存儲器，並能夠採用快速訪問時間和正常訪問時間來靈活分配存儲空間，因為它們在相同的存儲器設備中混合了不同的存儲配置。
[0025]系統描述
[0026]圖1是示意性地示出了按照本發明實施例的固態盤(Solid State Disk, SSD) 24的框圖。SSD24為主機28保存數據。主機28可包括，例如，在包括多個SSD24的企業存儲系統中的主處理器，在諸如筆記本或膝上型計算機的計算設備中的主處理器，或者任何其他適當的主機。
[0027]SSD24包括SSD控制器36，並在一個或更多非易失性存儲器設備32中為主機28保存數據。SSD控制器36包括與主機28通信的主機接口 40，與存儲器設備32通信的存儲器接口 44，以及管理SSD控制器操作的處理器48。SSD控制器36還包括內部存儲器，在當前例子中為動態隨機訪問存儲器(Dynamic Random Access Memory, DRAM) 52。
[0028]在當前例子中，存儲器設備32包括多級單元(Mult1-Level Cell, MLC)NAND快閃記憶體設備或衝模。每個存儲器設備32包括排列在擦除塊(被稱為存儲塊或為簡便起見簡稱塊)中的多個存儲單元。在單個擦除命令下每塊的存儲單元被一併擦除。
[0029]每塊包括被一起寫入和讀取的多組存儲單元。根據存儲器設備體系結構，每組存儲單元可包括，例如，給定塊的整行，給定塊某一行中的奇數次序存儲單元，給定塊某一行中的偶數次序存儲單元，或在單個命令下被讀取和寫入的任何其他適當的存儲單元組。
[0030]在當前例子中，存儲器設備32包括2位/單元設備。這種設備中，每個存儲單元保留數據的兩位，常常被稱為最低有效位(Least Significant Bit,LSB)和最高有效位(MostSignificant Bit, MSB)。每組存儲單元保留兩個頁面:被保存在組中存儲單元的多個LSB中的LSB頁面，以及被保存在組中存儲單元的多個MSB中的MSB頁面。
[0031]每個存儲器設備32支持獨立的LSB和MSB讀和寫命令。一般地，LSB讀和寫命令顯著地快於MSB讀和寫命令。換言之，LSB頁面的訪問時間顯著地快於MSB頁面的訪問時間。此處使用的術語「訪問時間(access time) 」指的是讀取和/或寫入等待時間。一般地，讀和寫等待時間起算於SSD控制器和存儲器設備之間的接口提供讀或寫指令的時間，直到那個接口提供響應的時間。在一個示例存儲器設備中，在下列表格中給出LSB訪問時間和MSB訪問時間:
[0032]
【權利要求】
1.一種用於數據存儲的方法，包括: 提供存儲器，該存儲器包括多組存儲單元並被配置為同時使用具有第一訪問時間的第一存儲配置保存第一數據和使用具有第二訪問時間的第二存儲配置保存第二數據，第二訪問時間長於第一訪問時間，使得每組的每個存儲單元保存第一數據的至少一位和第二數據的一個或多個位； 接收用於保存在存儲器中的數據項； 將所接收的數據項分類為快速訪問類和正常訪問類；以及 使用第一存儲配置將快速訪問類中的數據項保存在存儲器中，使用第二存儲配置將正常訪問類中的數據項保存在存儲器中。
2.如權利要求1所述的方法，其中使用第一存儲配置保存數據項包括將數據項保存在存儲器的最低有效位(Least Significant Bit, LSB)頁面中，其中使用第二存儲配置保存數據項包括將數據項保存在存儲器的最高有效位(Most Significant Bit, MSB)頁面中。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中將數據項分類包括將以第一訪問頻率訪問的頻繁被訪問的數據項分類到快速訪問類中，以及將以第二訪問頻率訪問的很少被訪問的數據項分類到正常訪問類中，第二訪問頻率小於第一訪問頻率。
4.如權利要求1或2所述的方法，其中將數據項分類包括將管理數據分類到快速訪問類中，以及將用戶數據分類到正常訪問類中。
5.如權利要求1或2所述的方法，其中將數據項分類包括:將各個被映射到存儲器物理頁面的第一編號的第一數據項分類到快速訪問類中，以及將各個被映射到物理頁面的第二編號的第二數據項分類到正常訪問類中，第二編號大於第一編號。
6.如權利要求1或2所述的方法，其中將數據項分類包括:應用預定義的固定分類把數據項分為快速訪問類和正常訪問類。
7.如權利要求1或2所述的方法，其中從主機接收數據項,並且其中將數據項分類包括從主機接收分為快速訪問類和正常訪問類的數據項分類。
8.如權利要求1或2所述的方法，其中將數據項分類包括:通過監控到數據項的存儲器訪問操作，自適應地確定分成快速訪問類和正常訪問類的數據項分類。
9.如權利要求1或2所述的方法，其中保存數據項包括:將屬於快速訪問類的數據項緩存在第一緩衝器中，將屬於正常訪問類的數據項緩存在第二緩衝器中，以及分別使用第一存儲配置和第二存儲配置保存被緩存在第一緩衝器和第二緩衝器中的數據項。
10.如權利要求1或2所述的方法，其中保存數據項包括運行壓縮處理，將數據從存儲器的一個或多個源塊複製到存儲器的一個或多個目標塊，使得使用第一存儲配置將屬於快速訪問類的數據項保存在目標塊中，以及使用第二存儲配置將屬於正常訪問類的數據項保存在目標塊中。
11.如權利要求10所述的方法，其中運行壓縮處理包括給存儲器的多個塊分配相應的等級，使得塊的等級指示出保存在塊中的數據項的訪問頻率，以及基於等級選擇候選塊作為源塊。
12.如權利要求10所述的方法，其中運行壓縮處理包括給存儲器的多個塊分配相應的等級，使得塊的等級指示出分為快速訪問類和正常訪問類的保存在塊中的數據項分類與用於將數據保存在塊中的實際存儲配置之間的匹配，以及基於等級選擇候選塊作為源塊。
13.一種用於數據存儲的設備，包括: 接口，其被耦合用於與存儲器進行通信，該存儲器包括多組存儲單元並被配置為同時使用具有第一訪問時間的第一存儲配置保存第一數據，以及使用具有第二訪問時間的第二存儲配置保存第二數據，第二訪問時間長於第一訪問時間，使得每組的每個存儲單元保留第一數據的至少一位和第二數據的一個或多個位；以及 存儲電路，其被配置為接收用於保存在存儲器中的數據項，將所接收的數據項分類到快速訪問類和正常訪問類中，使用第一存儲配置將快速訪問類中的數據項保存在存儲器中，使用第二存儲配置將正常訪問類中的數據項保存在存儲器中。
14.如權利要求13所述的設備，其中存儲電路被配置為通過將數據項保存在存儲器的最低有效位(Least Significant Bit, LSB)頁面中使用第一存儲配置保存數據項，以及通過將數據項保存在存儲器的最高有效位(Most Significant Bit, MSB)頁面中使用第二存儲配置保存數據項。
15.如權利要求13或14所述的設備，其中存儲電路被配置為將以第一訪問頻率訪問的頻繁被訪問的數據項分類到快速訪問類中，以及將以第二訪問頻率訪問的很少被訪問的數據項分類到正常訪問類中，第二訪問頻率小於第一訪問頻率。
16.如權利要求13或14所述的設備，其中存儲電路被配置為將管理數據分類到快速訪問類中，以及將用戶數據分類到正常訪問類中。
17.如權利要求13或14所述的設備，其中存儲電路被配置為將各個被映射到存儲器物理頁面的第一編號的第一數據項分類到快速訪問類中，以及將各個被映射到物理頁面的第二編號的第二數據項分類到正常訪問類中，第二編號大於第一編號。
18.如權利要求13或14 所述的設備，其中存儲電路被配置為應用預定義的固定分類把數據項分成快速訪問類和正常訪問類。
19.如權利要求13或14所述的設備，其中接口被配置為從主機接收數據項，其中存儲電路被配置為從主機接收分成快速訪問類和正常訪問類的數據項分類。
20.如權利要求13或14所述的設備，其中存儲電路被配置為通過監控到數據項的存儲器訪問操作，自適應地確定分成快速訪問類和正常訪問類的數據項分類。
21.如權利要求13或14所述的設備，其中存儲電路包括第一緩衝器和第二緩衝器，其中存儲電路被配置為將屬於快速訪問類的數據項緩存在第一緩衝器中，將屬於正常訪問類的數據項緩存在第二緩衝器中，以及分別使用第一存儲配置和第二存儲配置保存被緩存在第一緩衝器和第二緩衝器中的數據項。
22.如權利要求13或14所述的設備，其中存儲電路被配置為運行壓縮處理，將數據從存儲器的一個或多個源塊複製到存儲器的一個或多個目標塊，使得使用第一存儲配置將屬於快速訪問類的數據項保存在目標塊中，以及使用第二存儲配置將屬於正常訪問類的數據項保存在目標塊中。
23.如權利要求22所述的設備，其中存儲電路被配置為給存儲器的多個塊分配相應的等級，使得塊的等級指示出保存在塊中的數據項的訪問頻率，以及基於等級選擇候選塊作為源塊。
24.如權利要求22所述的設備，其中存儲電路被配置為給存儲器的多個塊分配相應的等級，使得塊的等級指示出分為快速訪問類和正常訪問類的保存在塊中的數據項分類與用於將數據保存在塊中的實際存儲配置之間的匹配，以及基於等級選擇候選塊作為源塊。
25.一種用於數據存儲的設備，包括: 存儲器，該存儲器包括多組存儲單元並被配置為同時使用具有第一訪問時間的第一存儲配置保存第一數據和使用具有第二訪問時間的第二存儲配置保存第二數據，第二訪問時間長於第一訪問時間，使得每組的每個存儲單元保留第一數據的至少一位和第二數據的一個或多個位；以及 存儲電路，其被配置為接收用於保存在存儲器中的數據項，將所接收的數據項分類到快速訪問類和正常訪問類中，使用第一存儲配置將快速訪問類中的數據項保存在存儲器中，使用第二存儲配置將正`常訪問類中的數據項保存在存儲器中。
【文檔編號】G06F12/00GK103608782SQ201280023874
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2012年5月13日 優先權日:2011年5月15日
【發明者】A·魯博威策 申請人:蘋果公司