一種提高快閃記憶體晶片存儲單元使用效率的方法
2023-10-24 12:33:42
專利名稱：一種提高快閃記憶體晶片存儲單元使用效率的方法
技術領域：
本發明屬於存儲器與計算機體系技術領域，特別是一種提高快閃記憶體晶片存儲單元使用效率的方法。
背景技術：
作為唯一主流的固態非揮發數據儲存技術，快閃記憶體已經成為了全球半導體產業體系中發展最為迅速的一環。2010年市場研究報告顯示，快閃記憶體產品的市場已突破200億美元。 雖然目前快閃記憶體主要用於消費性電子產品例如數位照相機和手機，以快閃記憶體作為存儲介質的固態存儲系統正在得到業界的廣泛關注。使用快閃記憶體作為存儲介質的固態存儲系統比傳統存儲系統的速度可提高10至100倍。除了速度上的優勢，由於完全沒有機械結構，固態存儲系統在抗震性能、發熱功耗、使用噪音和體積重量方面都有著顯著的優勢。固態存儲系統主要包含一個固態存儲系統控制器和一個以上快閃記憶體晶片。浮柵金屬氧化物半導體電晶體是快閃記憶體晶片的基本信息存儲單元。浮柵金屬氧化物半導體電晶體的閾值電壓可以通過注射一定數量的電子進入浮柵而改變。因此，通過對浮柵內電子數目的精確控制，每個存儲單元，即浮柵金屬氧化物半導體電晶體，可儲存多個比特信息。精確控制浮柵內電子數目的過程通常被稱為編程。在每一個存儲單元可以被編程之前，其浮柵內的所有電子必須被移走，從而使得其閾值電壓被置為最低，這個過程被稱為擦除。快閃記憶體晶片內的信息存儲單元陣列被劃分成為多個存儲塊，而每一個存儲塊包含多個存儲頁面。每一個存儲塊內的所有存儲單元必須被同時擦除，但存儲單元的編程和讀取則以頁面為單位。重複的編程/擦除的操作會逐漸降低浮柵金屬氧化物半導體電晶體的噪音容限， 從而使得快閃記憶體晶片只有一定的編程/擦除次數限度，加上隨著快閃記憶體製造工藝精度的不斷提高，快閃記憶體器件的存儲密度不斷升高、價格不斷下降，這樣更加重了重複編程/擦除操作對於信息存儲單元的副作用，使得快閃記憶體晶片的使用壽命和可靠性不斷下降，由此固態存儲系統控制器必須採用越來越強大而複雜的糾錯碼來應付不斷下降的快閃記憶體信息存儲單元可靠性， 以保證整個固態存儲系統的可靠性和使用壽命。隨著快閃記憶體製造工藝精度的不斷提高，信息存儲單元的缺陷率也會不斷上升。若快閃記憶體晶片中的某一存儲塊含有過多的缺陷存儲單元，此存儲塊就會被標示為壞塊而被禁止使用。在現有設計中，在決定某一存儲塊是否應被標示為壞塊時，其使用的標準相當嚴格和保守若所含的缺陷存儲單元使得此存儲塊中任何一個存儲頁面無法滿足產品所標定的質量標準，此存儲塊就應被標示為壞塊，儘管此存儲塊中其餘的存儲頁面仍可正常工作。顯然， 如果信息存儲單元的缺陷率足夠低，這種嚴格並且保守的壞塊標示標準可簡化快閃記憶體晶片的管理，並同時不會造成過低的信息存儲單元的使用效率。但是，隨著信息存儲單元缺陷率的不斷上升，這種嚴格並且保守的壞塊標示標準會導致急劇下降的信息存儲單元使用效率
發明內容
為了克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在於提供一種提高快閃記憶體晶片存儲單元使用效率的方法，避免了快閃記憶體製造工藝精度的不斷提高所帶來的信息存儲單元使用效率下降的缺陷，非常有效地提高固態存儲系統對於不斷升高的信息存儲單元缺陷率的容忍度。為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案是一種提高快閃記憶體晶片存儲單元使用效率的方法，首先固態存儲系統控制器將與其通信連接的快閃記憶體晶片內的所有存儲塊劃分為好塊、灰塊和死塊三類，其中存儲塊劃分標準為，若存儲塊內所有存儲頁面不存在按照判定標準所設定的缺陷存儲單元，此存儲塊即為好塊，若存儲塊內超過預定數目的存儲頁面存在有缺陷存儲單元，此存儲塊即為死塊，除去好塊和壞塊之外的存儲塊均為灰塊，另外將同固態存儲系統控制器相通信連接的灰塊特性存儲模塊中存儲上所有灰塊的特性指標，並且在固態存儲系統控制器中設置灰塊查詢模塊和存儲塊監控模塊，當用戶在往對應的快閃記憶體晶片寫入用戶數據時，固態存儲系統控制器根據當前的灰塊的是否被使用情況決定是否能將此用戶數據寫入該灰塊內，如果該灰塊正在被使用，就不能將此用戶數據寫入該灰塊內，如果該灰塊未在被使用，就能將此用戶數據寫入該灰塊內，在將此用戶數據寫入灰塊內時，固態存儲系統控制器中的灰塊查詢模塊通過調動固態存儲系統控制器對灰塊特性存儲模塊進行訪問，獲取相應灰塊的具體特性指標， 根據此特性指標信息，固態存儲系統控制器就選擇能存儲該用戶數據的灰塊內物理頁面進行存儲，同時固態存儲系統控制器通過存儲塊監控模塊實現對所有好塊和灰塊的動態監控，實時地檢測好塊和灰塊以動態決定是否應將該好塊降格為灰塊，和是否應將該灰塊降格為死塊，該動態決定的標準為，在實時檢測過程中，如果檢測到好塊中的存儲頁面出現缺陷存儲單元且缺陷存儲單元未超過預定數目，即將該好塊降格為灰塊，如果檢測到灰塊中的存儲頁面出現缺陷存儲單元且缺陷存儲單元超過預定數目，即將該灰塊降格為死塊。所述的缺陷存儲單元的判定標準為以下三種情況之一第一、當存儲塊被擦除後，其中未能被成功擦除的存儲單元視為缺陷存儲單元；第二、當用戶數據被寫入存儲頁面時，當用戶數據寫入操作的執行時間超過預定值後仍有存儲單元沒有被成功寫入，沒有被成功寫入的存儲單元視為缺陷存儲單元；第三、當用戶數據從存儲頁面中被讀取時，通過比較糾錯碼加碼器的輸入數據和輸出數據，得到存儲頁面的數據存儲錯誤率，據此能估計缺陷存儲單元的數量。本發明將現有設計中的壞塊進而劃分為灰塊和死塊，而只有死塊才被禁止使用。 雖然灰塊中包含一定數量的不能達到質量標準的頁面，固態存儲系統仍然可以利用灰塊進行數據存儲，避免了快閃記憶體製造工藝精度的不斷提高所帶來的信息存儲單元使用效率下降的缺陷，非常有效地提高固態存儲系統對於不斷升高的信息存儲單元缺陷率的容忍度。
附圖為本發明的工作原理結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作更詳細的說明。如附圖所示，提高快閃記憶體晶片存儲單元使用效率的方法，首先固態存儲系統控制器將與其通信連接的快閃記憶體晶片內的所有存儲塊劃分為好塊、灰塊和死塊三類，其中存儲塊劃分標準為，若存儲塊內所有存儲頁面不存在按照判定標準所設定的缺陷存儲單元，此存儲塊即為好塊，若存儲塊內超過預定數目的存儲頁面存在有缺陷存儲單元，此存儲塊即為死塊，除去好塊和壞塊之外的存儲塊均為灰塊，另外將同固態存儲系統控制器相通信連接的灰塊特性存儲模塊中存儲上所有灰塊的特性指標，並且在固態存儲系統控制器中設置灰塊查詢模塊和存儲塊監控模塊，在當用戶在往對應的快閃記憶體晶片寫入用戶數據時，固態存儲系統控制器根據當前的灰塊的是否被使用情況決定是否能將此用戶數據寫入該灰塊內，如果該灰塊正在被使用，就不能將此用戶數據寫入該灰塊內，如果該灰塊未在被使用，就能將此用戶數據寫入該灰塊內，在將此用戶數據寫入灰塊內時，固態存儲系統控制器中的灰塊查詢模塊通過調動固態存儲系統控制器對灰塊特性存儲模塊進行訪問，獲取相應灰塊的具體特性指標，根據此特性指標信息，固態存儲系統控制器就選擇能存儲該用戶數據的灰塊內物理頁面進行存儲，同時固態存儲系統控制器通過存儲塊監控模塊實現對所有好塊和灰塊的動態監控，實時地檢測好塊和灰塊以動態決定是否應將該好塊降格為灰塊，和是否應將該灰塊降格為死塊，該動態決定的標準為，在實時檢測過程中，如果檢測到好塊中的存儲頁面出現缺陷存儲單元且缺陷存儲單元未超過預定數目，即將該好塊降格為灰塊，如果檢測到灰塊中的存儲頁面出現缺陷存儲單元且缺陷存儲單元超過預定數目，即將該灰塊降格為死塊。所述的缺陷存儲單元的判定標準為以下三種情況之一第一、當存儲塊被擦除後，其中未能被成功擦除的存儲單元視為缺陷存儲單元；第二、當用戶數據被寫入存儲頁面時，當用戶數據寫入操作的執行時間超過預定值後仍有存儲單元沒有被成功寫入，沒有被成功寫入的存儲單元視為缺陷存儲單元；第三、當用戶數據從存儲頁面中被讀取時，通過比較糾錯碼加碼器的輸入數據和輸出數據，得到存儲頁面的數據存儲錯誤率，據此能估計缺陷存儲單元的數量。
權利要求
1.一種提高快閃記憶體晶片存儲單元使用效率的方法，其特徵在於首先固態存儲系統控制器將與其通信連接的快閃記憶體晶片內的所有存儲塊劃分為好塊、灰塊和死塊三類，其中存儲塊劃分標準為，若存儲塊內所有存儲頁面不存在按照判定標準所設定的缺陷存儲單元，此存儲塊即為好塊，若存儲塊內超過預定數目的存儲頁面存在有缺陷存儲單元，此存儲塊即為死塊，除去好塊和壞塊之外的存儲塊均為灰塊，另外將同固態存儲系統控制器相通信連接的灰塊特性存儲模塊中存儲上所有灰塊的特性指標，並且在固態存儲系統控制器中設置灰塊查詢模塊和存儲塊監控模塊，在當用戶在往對應的快閃記憶體晶片寫入用戶數據時，固態存儲系統控制器根據當前的灰塊的是否被使用情況決定是否能將此用戶數據寫入該灰塊內，如果該灰塊正在被使用，就不能將此用戶數據寫入該灰塊內，如果該灰塊未在被使用，就能將此用戶數據寫入該灰塊內，在將此用戶數據寫入灰塊內時，固態存儲系統控制器中的灰塊查詢模塊通過調動固態存儲系統控制器對灰塊特性存儲模塊進行訪問，獲取相應灰塊的具體特性指標，根據此特性指標信息，固態存儲系統控制器就選擇能存儲該用戶數據的灰塊內物理頁面進行存儲，同時固態存儲系統控制器通過存儲塊監控模塊實現對所有好塊和灰塊的動態監控，實時地檢測好塊和灰塊以動態決定是否應將該好塊降格為灰塊，和是否應將該灰塊降格為死塊，該動態決定的標準為，在實時檢測過程中，如果檢測到好塊中的存儲頁面出現缺陷存儲單元且缺陷存儲單元未超過預定數目，即將該好塊降格為灰塊，如果檢測到灰塊中的存儲頁面出現缺陷存儲單元且缺陷存儲單元超過預定數目，即將該灰塊降格為死塊。
2.根據權利要求1所述的提高快閃記憶體晶片存儲單元使用效率的方法，其特徵在於所述的缺陷存儲單元的判定標準為以下三種情況之一第一、當存儲塊被擦除後，其中未能被成功擦除的存儲單元視為缺陷存儲單元； 第二、當用戶數據被寫入存儲頁面時，當用戶數據寫入操作的執行時間超過預定值後仍有存儲單元沒有被成功寫入，沒有被成功寫入的存儲單元視為缺陷存儲單元；第三、當用戶數據從存儲頁面中被讀取時，通過比較糾錯碼加碼器的輸入數據和輸出數據，得到存儲頁面的數據存儲錯誤率，據此能估計缺陷存儲單元的數量。
全文摘要
一種提高快閃記憶體晶片存儲單元使用效率的方法，將現有設計中的壞塊進而劃分為灰塊和死塊，而只有死塊才被禁止使用；雖然灰塊中包含一定數量的不能達到質量標準的頁面，固態存儲系統仍然可以利用灰塊進行數據存儲，避免了快閃記憶體製造工藝精度的不斷提高所帶來的信息存儲單元使用效率下降的缺陷，非常有效地提高固態存儲系統對於不斷升高的信息存儲單元缺陷率的容忍度。
文檔編號G06F12/06GK102253899SQ201110214689
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月28日 優先權日2011年7月28日
發明者張嶺, 張彤 申請人:張嶺