混合存儲器件及其操作方法與流程

2023-05-15 08:26:41

相關申請的交叉引用

本申請主張於2016年3月17日向韓國知識產權局提交的韓國專利申請第10-2016-0032301號的優先權，該案的全部內容通過引用其整體併入本文中。

本申請各實施例總體而言涉及一種半導體設計技術，且更具體地，涉及一種能夠管理冷數據和熱數據的混合存儲器件。

背景技術：

半導體存儲器件通常分為易失性存儲器件和非易失性存儲器件。

易失性存儲器件具有高的寫入讀取速度，但是當對該器件的電力供應切斷時會丟失其中所存儲的數據。易失性存儲器件的示例包括動態隨機存取存儲器(dram)、靜態ram(sram)等。非易失性存儲器件具有較之於易失性存儲器件相對更低的寫入讀取速度，但是即使在對該器件的電力供應切斷時仍能保持其中所存儲的數據。因此，非易失性存儲器件一般用於存儲不論電力供應如何都需要保持的數據。非易失性存儲器件的示例包括只讀存儲器(rom)、掩膜rom(mrom)、可編程rom(prom)、可擦除可編程rom(eprom)、電可擦除可編程rom(eeprom)、快閃記憶體、相變隨機存取存儲器(pcram)、磁性ram(mram)、電阻式ram(rram)以及鐵電ram(fram)。

存儲系統可以包括可以供使用者使用的各種類型的存儲器。ram是一種典型的用於在計算機系統中頻繁的讀取寫入操作的高速存取存儲器。ram的示例可以包括dram、sram、自旋力矩轉移隨機存取存儲器(stt-ram)以及pcram。如今，對於從手持式器件到大型數據中心的所有類型的計算設備來說，ram都是必需品。

在時延/性能、容量和能耗方面，各種存儲器都有其優點和缺點。例如，儘管pcram是非易失性存儲器件，但是dram是易失性存儲器件。一般來說，pcram比dram具有更好的可擴展性。另一方面，dram比pcram具有高得多的寫入速度和略微更高的讀取速度。另外，pcram在寫入操作期間使用大量的能量，且具有有限的寫入持久性。近來，提出一種混合存儲器件，其包括易失性存儲器件和非易失性存儲器件，並且表現出易失性存儲器件的優點和非易失性存儲器件的優點。

技術實現要素：

本發明各實施例涉及一種在混合存儲器件中使用高速緩存管理熱數據和冷數據的方法。

在一實施例中，一種存儲器件可以包括：數據判斷單元，適於從主存儲器件接收頁數據並基於頁數據的標記信息判斷頁數據包括第一數據還是第二數據；索引管理單元，適於如果確定頁數據包括第一數據則存儲第一數據的索引；第一高速緩存，適於如果確定頁數據包括第二數據則存儲第二數據並將第一受害數據寫回到主存儲器件，在第一高速緩存已滿時第一受害數據被選中；以及第二高速緩存，適於存儲在第一受害數據的寫入計數低於第一閾值時存儲從第一高速緩存傳送來的第一受害數據，將第二受害數據的標記信息更新到指示第一數據的值，其中在第二高速緩存已滿時第二受害數據被選中，以及將第二受害數據存儲在主存儲器件中。

在一實施例中，一種混合存儲器件可以包括：第一存儲器件，適於存儲包含頁信息和標記信息的頁數據；控制邏輯，適於從第一存儲器件接收頁數據，基於頁數據的標記信息判斷頁數據包括冷數據還是正常數據以及存儲和管理冷數據的索引；以及第二存儲器件，以不同於第一存儲器件的操作速度來訪問，並適於存儲正常數據並根據所存儲的正常數據的寫入計數來更新在第一存儲器件中所存儲的頁數據的標記信息。

在一個實施例中，提供一種混合存儲器件的操作方法，該混合存儲器件包括第一存儲器件和第二存儲器件，所述第一存儲器件適於存儲包含頁信息和標記信息的頁數據，所述第二存儲器件以不同於第一存儲器件的操作速度來訪問且包括第一高速緩存和第二高速緩存。該操作方法可以包括：從第一存儲器件接收頁數據，並基於頁數據的標記信息來判斷頁數據包括第一數據還是第二數據；如果確定頁數據包括第一數據則存儲第一數據的索引；如果確定頁數據包括第二數據則將第二數據存儲在第一高速緩存中，並將第一受害數據寫回到第一存儲器件，其中當第一高速緩存已滿時從在第一高速緩存中存儲的數據中選擇第一受害數據；以及當第一受害數據的寫入計數低於第一閾值時將從第一高速緩存傳送來的第一受害數據存儲在第二高速緩存中，將第二受害數據的標記信息更新到指示第一數據的值，其中當第二高速緩存已滿時從在第二高速緩存中存儲的數據中選擇第二受害數據，以及將第二受害數據存儲在第一存儲器件中。

附圖說明

通過結合附圖詳細描述本發明各實施例，本發明的上述和其他特徵和優點對於本發明所屬領域的技術人員將變得更加一目了然，其中：

圖1是示出根據本發明一實施例的包括混合存儲器件的存儲系統的方框圖。

圖2是示出包括最近最少使用(lru)高速緩存的混合存儲器件的方框圖。

圖3a和圖3b是示出根據本發明一實施例的頁配置的圖。

圖4是根據本發明一實施例的混合存儲器件的方框圖。

圖5a和圖5b是分別示出圖4中的數據判斷單元的操作的方框圖和流程圖。

圖6a和圖6b是分別示出圖4中的最近最少使用(lru)高速緩存的第一操作的方框圖和流程圖。

圖7a和圖7b是分別示出圖4中的冷數據候選高速緩存的第一操作的方框圖和流程圖。

圖8a和圖8b是分別示出圖4中的冷數據索引管理單元的操作和最近最少使用(lru)高速緩存的第二操作的方框圖和流程圖。

圖9a和圖9b是分別示出圖4中的冷數據候選高速緩存的第二操作的方框圖和流程圖。

圖10是示出包括圖4中示出的混合存儲器件的存儲系統的方框圖。

圖11是示出根據本發明一實施例的圖10中示出的存儲系統的應用示例的方框圖。

圖12是示出根據本發明一實施例的包括圖11中示出的存儲系統的計算系統的方框圖。

具體實施方式

下文將參照附圖更詳細描述各個實施例。但是，本發明可以體現為不同形式，且不應被理解為受限於本文所闡述實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底且完整，且能將本發明的範圍充分地傳達給本領域技術人員。貫穿本發明，在本發明的各個附圖中和實施例中，相同的附圖指相同的部分。還應注意到，在本說明書中，「連接/耦接」不僅指一個元件直接耦接到另一元件，還指一個元件通過中間組件間接耦接到另一元件。應理解，儘管本文中可以使用術語「第一」、「第二」、「第三」等來描述各個元件，但是這些元件不應受這些術語限制。這些術語僅用於將一個元件與另一個元件相區分。因此，在不偏離本發明精神和範圍的前提下，第一元件可以被稱為第二元件或第三元件。此外，還應理解，當將一個元件被稱作在兩個元件「之間」時，其可以是在該兩個元件之間的唯一元件，或者也可以存在一個或更多個中間元件。

還應理解，術語「包含」、「包含有」、「包括」、「包括有」在本說明書中使用時，表示所列元件的存在，但並不排除一個或更多個其他元件的存在或添加。

本文使用術語僅是出於描述特定實施例，並非用於限制本發明。除非另有定義，否則包含科學術語和技術術語在內的所有術語具有與本發明所屬領域的技術人員在本公開啟發下所通常理解的含義相同的含義。還應進一步理解，術語，諸如在常用詞典中所定義的術語，應理解為具有與其在本公開和相關技術背景中的含義相一致的含義，不應以理想化或過於形式化來理解，除非文中明確如此定義。

在以下描述中，將闡述許多特定細節來提供對本發明的徹底理解。也可以在不包含這些特定細節的一些或全部的情況下實踐本發明。在其他例子中，沒有詳細描述熟知的工藝結構和/或工藝以不必要地使本發明模糊。

下文中將參照附圖詳細描述本發明各實施例。

現在參照圖1，提供根據本發明一實施例的存儲系統100。

根據圖1中的實施例，存儲系統100包括混合存儲器件150和存儲器控制器130。存儲器件150可以存儲由與存儲系統100耦接的主機(未示出)所訪問的數據。存儲器控制器130可以控制混合存儲器件150的數據存儲。

存儲器控制器130可以響應於來自主機的請求將命令cmd、地址addr和數據提供給混合存儲器件150，並控制混合存儲器件150的讀取操作、寫入操作、編程操作和擦除操作。例如，存儲器控制器130可以將從混合存儲器件150讀取的數據提供給主機，並將從主機提供的數據存儲在混合存儲器件150中。

混合存儲器件150可以從存儲器控制器130接收命令cmd、地址addr和數據data。命令cmd可以是例如寫入命令。當接收到與寫入命令對應的命令cmd時，混合存儲器件150可以將數據data寫入到與地址addr對應的存儲區域。命令cmd還可以是例如讀取命令。當接收到與讀取命令對應的命令cmd時，混合存儲器件150可以從與地址addr對應的存儲區域讀取數據data，並將所讀取的數據傳送給存儲器控制器130。

混合存儲器件150可以包括易失性存儲器件(vm)152和非易失性存儲器件(nvm)154，如圖1所示。vm152和nvm154中的每一者可以作為獨立的半導體晶片來操作，並且，混合存儲器件150可以是或包括多晶片封裝體(mcp)。vm152可以是或包括動態隨機存取存儲器(dram)，和/或靜態ram(sram)。nvm154可以是或包括只讀存儲器(rom)、掩模rom(mrom)、可編程rom(prom)、可擦除可編程rom(eprom)、電可擦除可編程rom(eeprom)、鐵電ram(fram)、相變ram(pcram)、自旋力矩轉移ram(stt-ram)、電阻式ram(rram)、快閃記憶體等。在一些實施例中，vm152可以使用dram來實施，nvm154可以使用pcram來實施。

一般來說，與dram相比，pcram具有更優的可擴展性，但是更低的寫入/讀取速度。另外pcram在寫入操作期間使用大量的能量，並且具有有限的寫入持久性。因此，在一些實施例中，混合存儲器件150可以使用以pcram實施的低速nvm154作為主存儲器，並使用以dram實施的高速vm152作為緩衝存儲器。

存儲系統可以在將數據存儲在主存儲器之前將數據存儲在高速緩存存儲器中，從而減少合併操作或塊擦除操作的數量。例如，vm152可以是被用作高速緩存存儲器的dram，而nvm154可以是pcram。因此，例如，存儲系統可以將被頻繁查閱的數據存儲在被用作高速緩存存儲器的高速vm器件152(例如，dram)，並且因此可以減少對於低速nvm154(例如，pcram)訪問的數量，從而改善總體存儲系統的性能。由於高速緩存存儲器具有有限空間，所以高速緩存存儲器可能需要在高速緩存存儲器已滿時擦除已有數據，以便載入新數據。對於該操作，通過使用高速緩存替換策略(諸如最近最少使用(lru)或先入先出(fifo)方案)，該高速緩存存儲器可以擦除被查閱可能性較少的數據或者將被查閱可能性較少的數據寫回到主存儲器，以及將對應空間的數據用新數據來替換。

混合存儲器件150可以使用相對高速vm152來作為nvm154的高速緩存存儲器，或者將vm152的一部分分配到nvm154的高速緩存存儲區域。

下文中，將參考附圖來描述混合存儲器件，其包括根據lru列表操作的高速緩存(下文中稱作「lru」高速緩存)。

圖2是示出包括最近最少使用(lru)高速緩存212的混合存儲器件200的方框圖。

參見圖2，混合存儲器件200可以使用相對高速易失性存儲器件(vm)210的一部分來作為非易失性存儲器件(nvm)220的高速緩存存儲器。例如，vm210可以包括基於最近最少使用(lru)列表操作的lru高速緩存212，並且，nvm220可以控制lru高速緩存212來管理被頻繁查閱的數據，從而改善操作速度。在一個實施例中，該lru列表可以被存儲在vm210中。

在數據是基於頁來管理的假設下，當lru高速緩存212已滿時，lru高速緩存212可以執行頁替換操作。該頁替換操作可以包括基於該lru列表來選擇替換目標頁或受害頁，將所選擇的受害頁寫回到主存儲器，獲取需要使用的新頁，以及將所獲取的頁存儲在高速緩存中以代替受害頁。

下文中，也可以將以高頻率寫入或讀取的數據稱作熱數據，而將以低頻率寫入或讀取的數據稱作冷數據。混合存儲器件200的lru高速緩存212不能在管理熱數據和冷數據的同時對熱數據和冷數據進行區分。因此，由於高速緩存空間被冷數據浪費，所以頁替換操作可能頻繁發生。因此，存儲器件的整體性能可能會退化。

下文中，將參照對應附圖來描述根據本發明一實施例的用於在包括lru高速緩存212的混合存儲器件200中管理熱數據和冷數據的方法。

圖3a和圖3b是示出根據實施例的在非易失性存儲器件(nvm)(例如，圖2中的nvm220)中存儲的頁的配置的圖。

參見圖3a，在nvm220中存儲的頁可以包括主數據和標記信息tag。標記信息tag可以包括指示對應主數據是否是冷數據的信息。也就是說，當主數據對應於冷數據時，標記信息tag可以用「1」來標記，而當主數據對應於熱數據或尚未被定義的數據(即除冷數據以外的正常數據)時，標記信息tag可以用「0」來標記。

以供參考，如圖3a所示，標記信息tag可以被存儲在每個主數據的部分位中，因此被包括在對應頁中。可選地，如圖3b所示，nvm220的一部分可以被分配到標記信息區域，使得多條標記信息tag被收集在標記信息區域中並得到管理。

圖4是示出根據本發明一實施例的混合存儲器件300的方框圖。

參見圖4，根據本實施例的混合存儲器件300可以包括被用作主存儲器件的非易失性存儲器(nvm)310和被用作緩衝存儲器件的易失性存儲器(vm)320。在本實施例中，vm320的一部分可以被用作nvm310的高速緩存。在一些實施例中，vm320可以使用dram來實施，而nvm310可以使用pcram來實施。在本實施例中，作為示例來描述vm320的一部分被用作nvm310的高速緩存的情況，但是本實施例不限於此。例如，nvm310可以被用作緩衝存儲器或主存儲器。

下文中，假設在nvm310中存儲的頁包括在圖3a中示出的主數據和標記信息tag。

混合存儲器件300可以包括數據判斷單元330和冷數據索引管理單元340。在一些實施例中，數據判斷單元330和冷數據索引管理單元340使用控制邏輯來實施。數據判斷單元330可以以相同大小的塊從nvm310接收正常數據，諸如例如圖4中所示的頁數據。然後數據判斷單元330可以基於頁數據的標記信息tag將所接收的數據分類為第一數據和第二數據。冷數據索引管理單元340可以存儲並管理第一數據的索引。以供參考，當對應數據為冷數據時，標記信息tag可以用「1」來標記，而當對應數據為除冷數據以外的正常數據時，標記信息tag可以用「0」來標記。為便於描述，第一數據可以被定義為冷數據，而第二數據可以被定義為正常數據。也就是說，數據判斷單元330可以基於從nvm310接收的頁數據的標記信息tag來在冷數據和正常數據之間進行區分。冷數據索引管理單元340可以存儲並管理冷數據的索引。在一個實施例中，索引可以包括物理地址或邏輯地址。

更具體地，vm320可以包括最近最少使用(lru)高速緩存322和冷數據候選高速緩存324。lru高速緩存322可以存儲正常數據。lru高速緩存322可以將第一受害數據寫回到nvm310，當lru高速緩存322已滿時第一受害數據被選中。當第一受害數據的寫入計數小於第一閾值th1時，冷數據候選高速緩存324可以存儲從lru高速緩存322接收到的第一受害數據。冷數據候選高速緩存324可以標記第二受害數據的標記信息tag以使得該標記信息tag表示冷數據，其中當冷數據候選高速緩存324已滿時，第二受害數據被選中。換言之，冷數據候選高速緩存324可以將第二受害數據的標記信息tag更新為「1」，然後將第二受害數據存儲在nvm310中。在一實施例中，當lru高速緩存322和冷數據候選高速緩存324已滿時，lru高速緩存322和冷數據候選高速緩存324可以根據lru列表來選擇第一受害數據和第二受害數據。根據使用lru列表的方案，在正常數據中的最近最少使用數據可以被選中作為受害數據。例如，從在lru高速緩存322中存儲的數據中，最近最少使用數據被選中作為第一受害數據，從在冷數據候選高速緩存324中存儲的數據中，最近最少使用數據被選中作為第二受害數據。然而，本實施例不限於此，lru高速緩存322和冷數據候選高速緩存324可以根據不常用(lfu)列表或先入先出(fifo)列表來選擇受害數據。

冷數據索引管理單元340可以存儲冷數據的寫入計數以及冷數據的索引。也就是說，當檢測到來自外部控制器(未示出)的與由所存儲的索引指示的冷數據對應的寫入訪問時，冷數據索引管理單元340可以增加與該冷數據對應的寫入計數。另外，lru高速緩存322可以存儲正常數據的寫入計數以及正常數據。也就是說，當檢測到來自外部控制器的與正常數據對應的寫入訪問時，lru高速緩存322可以增加與正常數據對應的寫入計數。

與nvm310相比，vm320可以具有更高的寫入速度和略高的讀取速度。基於此類特性，根據本實施例的混合存儲器件300可以不使用分別包括讀取計數和寫入計數的訪問計數來管理熱數據和冷數據，而是使用寫入計數來管理熱數據和冷數據。因此，混合存儲器件300可以使用具有相對小容量的高速緩存來分類並管理熱數據和冷數據。

如上所述，根據本實施例的混合存儲器件可以分別使用寫入計數來管理具有與冷數據對應的標記信息的頁，以降低由冷數據所佔用的高速緩存空間的比例。因此，混合存儲器件可以減少在高速緩存已滿時由該高速緩存執行的不必要的頁替換操作，從而改善存儲器件的帶寬。

下文中，參考圖5a至圖9b，將更詳細描述根據本實施例的混合存儲器件的各個單元的操作。

圖5a和圖5b是分別示出圖4中的數據判斷單元330的操作的方框圖和流程圖。

參見圖5a和圖5b，在步驟s500處數據判斷單元330可以從nvm310獲取頁數據(①)。數據判斷單元330可以在步驟s510處讀取所獲取的頁數據的標記信息tag，並在步驟s520處，基於所讀取的標記信息tag來判斷頁數據是否為冷數據。此時，當標記信息tag為「1」時，數據判斷單元330可以確定頁數據為冷數據。當標記信息為「0」時，數據判斷單元330可以確定頁數據為除冷數據以外的正常數據。

當頁數據為冷數據(步驟s520中的是)時，數據判斷單元330可以在步驟s530處將該冷數據的索引傳送至冷數據索引管理單元340(①』)。當頁數據不是冷數據(步驟s520中的否)時，數據判斷單元330可以在步驟s540處將除冷數據以外的正常數據傳送至lru高速緩存322(①」)。

圖6a和圖6b是分別示出圖4中的lru高速緩存322的第一操作的方框圖和流程圖。

參見圖6a和圖6b，當在步驟s600處從數據判斷單元330傳送正常數據(①」)時，lru高速緩存322可以在步驟s610處檢查該高速緩存是否已滿(②)。當該高速緩存沒有滿(步驟s610的否)時，lru高速緩存322可以在步驟s660處將所傳送來的正常數據存儲在其中，並且然後結束操作。

當高速緩存已滿(步驟s610的是)時，lru高速緩存322可以在步驟s620處根據lru列表而從在該高速緩存中存儲的數據之中選擇第一受害數據(即，最近最少使用數據)。此時，lru高速緩存322可以在步驟s630處判斷所選中的第一受害數據的寫入計數是否小於第一閾值th1。當第一受害數據的寫入計數小於第一閾值th1(步驟s630的是)時，lru高速緩存322可以在步驟s640處將第一受害數據傳送至冷數據候選高速緩存324(②」)。當第一受害數據的寫入計數不小於(即等於或大於)第一閾值th1(步驟s630中的否)時，lru高速緩存322可以進行步驟s650。

然後，lru高速緩存322可以在步驟s650處將第一受害數據寫回到nvm310(②』)。此時，lru高速緩存322可以將第一受害數據的標記信息tag更新為指示正常數據的「0」。在第一受害數據被寫回到nvm310之後，lru高速緩存322可以在步驟s660處通過將正常數據存儲在lru高速緩存322的對應空間中來執行頁替換操作。

圖7a和圖7b是分別示出圖4中的冷數據候選高速緩存324的第一操作的方框圖和流程圖。

參見圖7a和圖7b，當在步驟s700處從lru高速緩存322傳送第一受害數據(②」)時，冷數據候選高速緩存324可以在步驟s710處檢查該高速緩存是否已滿。當該高速緩存沒有滿(步驟s710的否)時，冷數據候選高速緩存324可以在步驟s740處將所傳送來的第一受害數據存儲在其中，然後結束操作。

當該高速緩存已滿(步驟s710的是)時，冷數據候選高速緩存324可以在步驟s720處根據lru列表從在該高速緩存中存儲的數據中選擇第二受害數據(即，最近最少使用數據)。冷數據候選高速緩存324可以在步驟s730處將第二受害數據的標記信息tag更新為指示冷數據的「1」(③)，然後將第二受害數據存儲在nvm310中。

然後，冷數據候選高速緩存324可以在步驟s740處，通過將第二受害數據擦除並將第一受害數據存儲在對應空間中來執行頁替換操作。

在本實施例中，第二受害數據被擦除的情況作為示例。然而，冷數據候選高速緩存324可以在步驟s740處，通過將第二受害數據寫回到nvm310，然後將第一受害數據存儲至冷數據候選高速緩存324的對應空間中來執行頁替換操作。

圖8a和圖8b是分別示出圖4中的冷數據索引管理單元340的操作和lru高速緩存322的第二操作的方框圖和流程圖。

參見圖8a和圖8b，當在步驟s800處檢測來自外部控制器(未示出)的寫入訪問(④)時，冷數據索引管理單元340可以在步驟s810處判斷該寫入訪問是否對應於由存儲在其中的索引所指示的冷數據。當所檢測的寫入訪問對應於由所存儲的索引所指示的冷數據(步驟s810的是)時，冷數據索引管理單元340可以在步驟s820處增加與冷數據對應的寫入計數(④』)。此外，當檢測到來自外部控制器的與正常數據對應的寫入訪問時，lru高速緩存322可以在步驟s820處增加與正常數據對應的寫入計數(④」)。

冷數據索引管理單元340可以在步驟s830處判斷由所存儲的索引所指示的冷數據的寫入計數是否大於第二閾值th2。當冷數據的寫入計數不大於(即等於或小於)第二閾值th2(步驟s830的否)時，冷數據索引管理單元340可以結束操作。

當冷數據的寫入計數大於第二閾值th2(步驟s830的是)時，冷數據索引管理單元340可以在步驟s840處將對應的索引發送至lru高速緩存322(⑤)。當接收到該索引時，lru高速緩存322可以在步驟s850處向nvm310請求由所接收的索引所指示的頁數據(⑤』)，在步驟s860處從nvm310獲取對應的頁數據，以及在將所獲取的頁數據存儲在lru高速緩存322中(⑤」)。

圖9a和圖9b是分別示出圖4中的冷數據候選高速緩存324的第二操作的方框圖和流程圖。

參見圖9a和圖9b，當在步驟s900處檢測來自外部控制器(未示出)的寫入訪問(④)時，冷數據候選高速緩存324可以在步驟s910處判斷所檢測的寫入訪問是否對應於在其中所存儲的頁數據。當所檢測的寫入訪問對應於所存儲的頁數據(步驟s910的是)時，冷數據候選高速緩存324可以在步驟s920處將該頁數據放回到lru高速緩存322。當所檢測的寫入訪問沒有對應於其中所存儲的頁數據(步驟s910的否)時，冷數據候選高速緩存324可以結束操作。

參照附圖，根據一實施例的混合存儲器件的數據管理方法將被簡要描述如下。

數據判斷單元330可以從nvm310獲取頁數據。當所獲取的頁數據的標記信息tag為「0」(即，所獲取的頁數據為正常數據)時，數據判斷單元330可以將該頁數據傳送至lru高速緩存322。

lru高速緩存322可以存儲該頁數據，且每當從外部控制器(未示出)提供與所存儲的頁數據對應的訪問請求時，都能提供該頁數據。lru高速緩存322可以將第一受害數據寫回到nvm310，其中，當高速緩存已滿時根據lru列表從在lru高速緩存322中存儲的數據之中選擇第一受害數據。此時，當第一受害數據的寫入計數小於第一閾值th1時，lru高速緩存322可以將第一受害數據存儲在冷數據候選高速緩存324中，以管理可能的候選冷數據。

當冷數據候選高速緩存324已滿時，冷數據候選高速緩存324可以將第二受害數據的標記信息tag更新為「1」，其中，根據lru列表從冷數據候選高速緩存324中存儲的數據之中選擇第二受害數據，並將第二受害數據存儲在nvm310中。

然後，數據判斷單元330可以從nvm310獲取頁數據。當所獲取的頁數據的標記信息tag為「1」(即，所獲取的頁數據為冷數據)時，冷數據索引管理單元340可以存儲對應頁數據的索引，以分別管理冷數據。

如上所述，根據本實施例的混合存儲器件可以增加含熱數據的頁而不是含冷數據的頁佔用lru高速緩存的概率。因此，由於可以減少不必要的頁替換操作，所以可以防止帶寬減少。

圖10是示出根據本發明一實施例的包括圖4中示出的混合存儲器件300的存儲系統1000的方框圖。

根據圖10中示出的實施例，存儲系統1000可以包括混合存儲器件300和控制器1100。

由於混合存儲器件300被配置並製造為上文參考圖4所述，所以將省略其詳細描述。

控制器1100可以連接至主機和混合存儲器件300，並且可以適用於響應於來自主機的請求來訪問混合存儲器件300。例如，控制器1100可以適用於控制混合存儲器件300的讀取操作、寫入操作、擦除操作和後臺操作。控制器1100可以適用於執行在混合存儲器件300與主機之間的交互。控制器1100可以適用於操作固件來控制混合存儲器件300。

控制器1100可以包括通過內部總線可操作連接的隨機存取存儲器(ram)1110、處理單元(例如，中央處理單元(cpu))1120、主機接口1130、存儲器接口1140以及誤差校正模塊1150。ram1110可以被用作cpu1120的操作存儲器、在存儲器件1200與主機之間的高速緩存存儲器以及在存儲器件1200與主機之間的緩衝存儲器。處理單元1120可以控制控制器1100的總體操作。控制器1100可以在讀取操作期間臨時存儲從主機提供的編程數據。

主機接口1130可以包括用於在主機與控制器1100之間數據交換的協議。例如，控制器1100可以通過以下各種協議中的至少一種來與主機通信，諸如通用串行總線(usb)協議、多媒體卡(mmc)協議、外圍組件互連(pci)協議、快速pci(pci-e)協議、高級技術附件(ata)協議、串行ata協議、並行ata協議、小型計算機小型接口(scsi)協議、增強型小型磁碟接口(esdi)協議、集成驅動電路(ide)協議以及私有協議。

存儲器接口1140可以適用於執行與混合存儲器件300的交互。例如，存儲器接口1140可以包括nand快閃接口或nor快閃接口。

錯誤校正模塊1150可以適用於使用錯誤校正碼來檢測並校正在從混合存儲器件300讀取的數據中的錯誤。處理單元1120可以根據錯誤校正塊1150的錯誤檢測結果來控制讀取電壓，並控制混合存儲器件300來執行再讀取操作。根據一實施例，錯誤校正模塊1150可以被設置為控制器1100的組件。

控制器1100和混合存儲器件300可以被集成在一個半導體器件中。根據一個實施例，控制器1100和混合存儲器件300可以被集成在單個半導體器件中以形成存儲卡，諸如個人計算機存儲卡國際協會(pcmcia)、緊湊快閃記憶體卡(cf)、智能媒體卡(smc)、記憶棒、多媒體卡(mmc)、小型mmc(rs-mmc)、微型mmc、安全數字(sd)卡、迷你sd、微型sd、sdhc、通用快閃儲存器件(ufs)等。

控制器1100和混合存儲器件300可以被集成到一個半導體器件中以形成半導體驅動器，例如固態驅動器(ssd)。半導體驅動器(例如ssd)可以包括儲存器件，該儲存器件被配置成將數據儲存在半導體存儲器中。當存儲系統1000被用作半導體驅動器(例如，ssd)時，與存儲系統1000耦接的主機的操作速度可以得到顯著改善。

在另一示例中，存儲系統1000可以被用作電子器件的各種組件中的一種，諸如計算機、超級移動pc(umpc)、工作站、上網本、個人數字助理(pda)、攜帶型計算機、網絡板、無線電話、行動電話、智慧型電話、電子書、攜帶型多媒體播放器(pmp)、攜帶型遊戲機、導航儀、黑匣子、數字相機、三維(3d)電視、數字音頻記錄儀、數字音頻播放器、數字圖片記錄儀、數字圖片播放器、數字視頻記錄儀、數字視頻播放器、用於在無線環境中收發信息的器件、各種用於家用網絡的電子器件中的一種、各種用於計算機網絡的電子器件中的一種、各種用於遠程信息處理網絡的電子器件中的一種、rfid器件以及/或者各種用於計算系統的器件中的一種，等。

在一個示例性實施例中，混合存儲器件300或存儲系統1000可以以各種方式來封裝。例如，在一些實施例中，混合存儲器件300或存儲系統1000可以使用各種方法來封裝，諸如堆疊式封裝(pop)、球柵陣列(bga)、晶片級封裝(csp)、塑料引線晶片載體(plcc)、塑料雙列直插式封裝(pdip)、華夫包式裸片、晶片形式裸片、板上晶片(cob)、陶瓷雙列直插封裝(cerdip)、塑料四方扁平封裝(mqfp)、薄型四方扁平封裝(tqfp)、小外型封裝(soic)、收縮型小外型封裝(ssop)、薄型小外型封裝(tsop)、薄型四方扁平封裝(tqfp)、系統級封裝(sip)、多晶片封裝(mcp)、晶片級製造封裝(wfp)以及/或者晶片級處理疊放式封裝(wsp)，等。

圖11是示出在圖10中示出的存儲系統1000的應用示例2000的方框圖。

根據在圖11中示出的實施例，存儲系統2000可以包括半導體存儲器件2100和控制器2200。半導體存儲器件2100可以包括多個半導體存儲晶片。這些半導體存儲晶片可以被劃分為多個組。

在圖11中，所述半導體存儲晶片的多個組可以分別通過第一通道ch1至第k通道chk與控制器2200通信。所述半導體晶片中的每一者可以與上文參考圖4所述的混合存儲器件300基本上相同的方式來配置和操作。

所述半導體存儲晶片的多個組中的每一者可以通過單個共同通道來與控制器2200通信。控制器2200可以與上文參考圖10所述的控制器1100基本上相同的方式來配置，並且可以控制半導體存儲器件2100的所述多個存儲晶片。

圖12是示出根據本發明一實施例的包括在圖11中示出的存儲系統2000的計算系統的方框圖。

根據圖12中所述實施例，計算系統3000可以包括中央處理單元3100、隨機存取存儲器(ram)3200、用戶接口3300、電源3400、系統總線3500以及存儲系統2000。

存儲系統2000可以通過系統總線3500電連接至中央處理單元3100、ram3200、用戶接口3300以及電源3400。通過用戶接口3300提供的數據或由中央處理單元3100處理的數據可以被存儲在包括半導體存儲器件2100和控制器2200的存儲系統2000中。

在圖12中，半導體存儲器件2100可以通過控制器2200耦接至系統總線3500。然而，半導體存儲器件2100可以直接耦接至系統總線3500。控制器2200的功能可以通過中央處理單元3100和ram3200來執行。

圖12示出上文參考圖11所描述的存儲系統2000。然而，存儲系統2000可以用上文參考圖10所描述的存儲系統1000來替換。在一個示例性實施例中，計算系統3000可以包括上文分別參考圖10和圖11所描述的存儲系統1000和2000。

儘管已經出於說明性目的描述了各個實施例，但是對於相關領域技術人員顯然的是，可以在不偏離由所附權利要求所定義的本發明的精神和/或範圍的前提下，做出各種改變和修改。

例如，取決於輸入信號的極性，在前述實施例中所示出的邏輯門和電晶體的位置和類型可以以不同方式來實施。

另外，在一些例子中，對於相關領域技術人員顯然的是，結合特定實施例所描述的元件可以單獨使用或者與其他實施例組合使用，除非另有特別指示。