具有並行操作模式的固態存儲裝置控制器的製作方法
2023-04-24 16:48:11
專利名稱：具有並行操作模式的固態存儲裝置控制器的製作方法
技術領域：
本發明大體來說涉及存儲器裝置，且在特定實施例中本發明涉及非易失性存儲器
直O
背景技術：
在計算機或其它電子裝置中，存儲器裝置可包含內部半導體集成電路。存在許多不同類型的存儲器，包含隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、動態隨機存取存儲器 (DRAM)、靜態RAM(SRAM)、同步動態RAM(SDRAM)及非易失性存儲器。非易失性存儲器裝置(例如，快閃記憶體)已發展成用於廣範的電子應用的非易失性存儲器的普遍來源。快閃記憶體裝置通常使用允許高存儲器密度、高可靠性及低功率消耗的單電晶體存儲器單元。快閃記憶體的常見用途包含個人計算機、個人數字助理 (PDA)、數位相機及蜂窩式電話。例如基本輸入/輸出系統￠10 的程序代碼及系統數據通常存儲於快閃記憶體裝置中以供在個人計算機系統中使用。非易失性存儲器裝置還併入到固態存儲裝置(例如固態驅動器)中。固態驅動器可用於計算機中以替換硬碟驅動器，所述硬碟驅動器通常已使用磁碟或光碟來存儲大量數據。固態驅動器不使用移動部件，而硬碟驅動器需要複雜且敏感的驅動器及讀取/寫入磁頭組合件以與所述磁碟/光碟交互。因此，所述固態驅動器對通過振動及碰撞所致的數據損壞及丟失具更強抵抗性。圖1圖解說明在控制器與存儲器裝置之間具有四個信道的一個典型的現有技術固態存儲裝置。在此實例中，一個信道包括連接到控制器100的四個堆疊式存儲器裝置101 到 104。當前固態驅動器技術的一個缺點是實現充分地且具成本效益地替換計算機的硬碟驅動器所必需的存儲器密度。由於數字圖像、電影及音頻文件，大多數現代計算機需要用於存儲極大數據量(例如，250GB或250GB以上)的能力。因此，舉例來說，有效的固態驅動器應具有接近典型硬驅動器的存儲器密度、保持具成本競爭性及仍適合於膝上型計算機的不斷減小的厚度或企業存儲系統的約束。出於上文所陳述的原因，且出於下文所陳述的所屬領域的技術人員在閱讀及理解本說明書之後將明了的其它原因，此項技術中需要一種用以增加固態驅動器的存儲器密度同時維持或減小大小的方式。
圖1展示典型的現有技術固態存儲裝置。圖2展示根據圖3的非易失性存儲器裝置的非易失性存儲器陣列的一部分的一個實施例的示意圖。圖3展示併入有圖2的存儲器陣列的非易失性存儲器裝置的一個實施例的框圖。圖4展示根據圖3構成固態存儲裝置的一個或一個以上信道的多個非易失性存儲
4器裝置的一個實施例的框圖。圖5展示併入有具有並行操作模式的固態存儲裝置控制器的固態存儲裝置的一個實施例的框圖。圖6展示根據圖5的固態存儲裝置控制器的邏輯表示。圖7展示用於操作具有並行操作模式的固態存儲裝置控制器的方法的一個實施例的流程圖。
具體實施例方式在本發明的以下詳細說明中，參考形成本文的一部分且其中以圖解說明的方式展示可實踐本發明的具體實施例的附圖。在圖式中，貫穿數個視圖以相似編號描述大致類似的組件。充分詳細地描述這些實施例以使得所屬領域的技術人員能夠實踐本發明。可利用其它實施例且可在不背離本發明範圍的前提下做出結構、邏輯及電改變。因此，不應將以下詳細說明視為具有限制意義，且本發明的範圍僅由所附權利要求書及其等效內容界定。圖2圖解說明包括非易失性存儲器單元串聯串的NAND架構存儲器陣列的一部分的示意圖。儘管後續論述是指NAND存儲器裝置，但本發明實施例並不限於此架構，而是也可用於其它存儲器裝置架構中。所述存儲器陣列包括布置成若干列(例如串聯串204、20幻的非易失性存儲器單元201(例如，浮動柵極)陣列。單元201中的每一者漏極到源極地耦合於每一串聯串204、 205中。跨越多個串聯串204、205的存取線(例如，字線WLO到WL31連接到一行中的每一存儲器單元的控制柵極以偏置所述列中的存儲器單元的控制柵極。數據線(例如位線BL1、 BL2)最終連接到感測放大器(未展示)，所述感測放大器通過感測特定位線上的電流來檢測每一單元的狀態。每一存儲器單元串聯串204、205通過源極選擇柵極216、217耦合到源極線206，且通過漏極選擇柵極212、213耦合到個別位線BL1、BL2。源極選擇柵極216、217由耦合到其控制柵極的源極選擇柵極控制線SG(S)218控制。漏極選擇柵極212、213由漏極選擇柵極控制線SG (D) 214控制。每一存儲器單元可編程為單電平單元(SLC)或多電平單元(MLC)。每一單元的閾值電壓(Vt)指示存儲於所述單元中的數據。舉例來說，在SLC中，0.5V的Vt可指示經編程單元，而-0. 5V的Vt可指示經擦除單元。所述MLC可具有多個Vt窗，每一窗指示一不同狀態。多電平單元可通過將位模式指派給存儲於所述單元上的特定電壓範圍來利用傳統快閃單元的模擬性質。取決於指派給所述單元的電壓範圍的數量，此技術準許每單元存儲兩個或兩個以上位。圖3圖解說明可併入集成電路裸片上的非易失性存儲器裝置300的功能性框圖。 在一個實施例中，非易失性存儲器裝置300為快閃記憶體。非易失性存儲器裝置300已經簡化以集中於存儲器的有助於理解本發明的編程實施例的特徵。非易失性存儲器裝置300包含非易失性存儲器單元陣列330，例如圖2中所圖解說明且先前所論述的浮動柵極存儲器單元。存儲器陣列330布置成字線行及位線列的存儲體。在一個實施例中，存儲器陣列330的列包括若干存儲器單元串聯串。如此項技術中所熟知，單元到位線的連接確定所述陣列是NAND架構、AND架構還是NOR架構。
可將存儲器陣列330組織成若干存儲器塊。存儲器塊的數量通常由存儲器裝置的大小(即，512MB、1GB)確定。在一個實施例中，將每一存儲器塊組織成64個頁。提供地址緩衝器電路340以鎖存通過I/O電路360提供的地址信號。地址信號由行解碼器344及列解碼器346接收並解碼以存取存儲器陣列330。所屬領域的技術人員受益於本說明將了解，地址輸入連接的數目取決於存儲器陣列330的密度及架構。也就是說， 地址的數目隨增加的存儲器單元計數及增加的存儲體與塊計數兩者而增加。基於控制信號 372的定時，還通過I/O電路360輸入及輸出數據。非易失性存儲器裝置300通過使用感測放大器電路350感測存儲器陣列列中的電壓或電流改變來讀取存儲器陣列330中的數據。在一個實施例中，感測放大器電路350經耦合以從存儲器陣列330讀取並鎖存一數據行。包含數據輸入與輸出緩衝器電路360以經由多個數據連接362與外部控制器進行雙向數據通信以及地址通信。提供寫入電路355以將數據寫入到存儲器陣列。存儲器控制電路370解碼從外部控制器提供於控制總線372上的信號。這些信號可包含讀取/寫入(R/"^")、晶片啟用(CE)、命令鎖存啟用(CLE)、地址鎖存啟用(ALE)以及用於控制對存儲器陣列330以及存儲器裝置300的其它電路的操作的其它控制信號。在一個實施例中，這些信號為有效低，但替代實施例可使用有效高信號。存儲器控制電路370 可為用以產生所述存儲器控制信號的狀態機、定序器或某一其它類型的控制器。非易失性存儲器裝置300經由信道390與外部控制器通信。在一個實施例中，信道390包括外部控制器與存儲器裝置300之間的存儲器地址、數據及控制信號。圖3的實施例展示作為一個總線耦合到I/O電路360的地址及數據。在替代實施例中，地址及數據總線為與存儲器裝置300的單獨輸入/輸出。圖4圖解說明可構成固態存儲裝置中的一個或一個以上通信信道的多個存儲器裝置401到408的一個實施例的框圖。此圖展示構成所述一個或一個以上通信信道的地址/數據總線410、Read/"^ii"控制信號411及晶片選擇信號412。所圖解說明的實施例包含八個單獨存儲器裝置，使得使用八個晶片啟用信號。每一存儲器裝置 401到408形成於單獨裸片上且與其它存儲器裝置中的一者或一者以上一起堆疊以形成所述固態存儲裝置。圖4的實施例僅出於圖解說明的目的。固態存儲裝置可使用僅一個存儲器裝置 401或多個存儲器裝置。舉例來說，固態存儲裝置可包括兩個存儲器裝置401、402的倍數， 其中每一對存儲器裝置共享包含單個晶片啟用線的共用通信信道。圖5圖解說明使用具有並行操作模式的控制器的固態存儲裝置的一個實施例的框圖。圖5的實施例展示兩個控制器501、502。頂部控制器為主控制器501，而底部控制器為從控制器502。本發明實施例並不限於任一特定數量個控制器，這是因為可使用主控制器 501的額外信道與額外從控制器通信。每一控制器501、502配置有一主機接口 520、521，所述控制器經由所述主機接口與外部裝置/系統(例如計算機及相機)通信。主機接口 520、521可為並行ATA、SATA、 SAS、PCIe、光纖信道、SCSI、吉位乙太網或某一其它通信標準信道。將主機接口 521用於從控制器並非圖5的固態存儲裝置的恰當操作所必需的。在一個實施例中，從控制器的主機接口 521提供到所述存儲裝置的冗餘連接。在另一實施例中，同時使用兩個主機接口 520、521以便增加所述裝置的數據吞吐量。每一控制器501、502包含一模式選擇輸入530、531，所述模式選擇輸入確定所述控制器是作為主控器還是從控器而操作。模式選擇輸入530、531使得所述控制器能夠為實質上等同的，使得製造商無需製造及追蹤不同類型的控制器。在所圖解說明的實施例中，模式選擇輸入530上的邏輯高信號致使頂部控制器 501以主控器模式操作。所述邏輯高信號通過經由電阻器將模式選擇輸入530上拉到Vrc而產生。模式選擇輸入531上的邏輯低信號致使底部控制器502以從控器模式操作。所述邏輯低信號通過將模式選擇輸入531連接到接地電位而產生。每一控制器501、502進一步包括如先前所論述的通信信道510、511。在所圖解說明的實施例中，每一信道用於與四個堆疊式存儲器裝置M0、541通信。然而，每一信道中所使用的存儲器裝置的數目並不限於四。替代實施例可使用更多或更少存儲器裝置。然而，存在對可置於存儲器信道上的裝置的數目的限制。這些限制由信道的負載及裝置在信道上的尋址引起。負載限制由於信道上的每一裝置在所述信道上呈現電負載(主要為電容性的) 而發生。將電容添加到信道需要信道驅動電流的對應增加，或必須降低信道的速率。每一控制器501、502中的信道0到7用於與存儲器裝置540、541通信。每一控制器501、502的信道8及9512、513用於與其它控制器501、502通信。替代實施例可使用用於與存儲器裝置通信的不同信道及用於在控制器之間通信的不同信道。控制器501、502之間的通信使得控制器能夠以並行模式操作。在主控制器501正與其存儲器裝置540通信時，從控制器502可能正與其存儲器裝置541通信。控制器501、 502之間的兩個共用通信信道512、513使得主控制器501能夠將操作指令發送到從控制器 502。共用信道512、513還使得主控制器501能夠發送尋址到由從控制器502控制的存儲器裝置的數據、地址及控制信號。如果未使用或不能使用從控制器502的主機接口 521，那麼從控制器502可將從存儲器裝置541讀取的數據傳輸到主控制器501以供通過主機接口 520輸出。類似地，主控制器501可通過共享的通信信道512、513將待存儲子從控制器502的存儲器裝置541中的數據傳輸到從控制器502。為了增加固態存儲裝置的容量，可使用來自主控制器501及/或從控制器502的兩個或兩個以上額外通信信道以供一個或一個以上額外從控制器與其它控制器501、502 並行操作。由於每一從控制器均具有與八個通信信道通信的潛力，因此固態存儲裝置的存儲器容量可通過添加以並行模式操作的額外從控制器而大大增加。圖6圖解說明圖5的固態存儲裝置控制器501的一個實施例的邏輯表示。所圖解說明的控制器可經配置而以並行操作模式操作，使得一個控制器可為主控制器，而一個或一個以上額外控制器可作為從控制器與所述主控制器並行操作。儘管隨後論述主控制器 501，但圖6的實施例適用於任一控制器，無論是主控器還是從控器，這是因為除模式選擇輸入所設定的模式(例如，master/^ ^)以外其可為等同的。所述控制器包括產生用於存儲器裝置的控制信號的通信控制器塊601。如先前所論述，這些控制信號可包含晶片啟用及讀取/寫入信號以及其它存儲器控制信號。存儲器定序器塊603產生存儲器裝置的操作所必需的定時及命令。定序器塊603 控制寫入及/或讀取每一信道上的存儲器裝置的存取過程。舉例來說，定序器塊603可產生控制如參考圖2所述的選擇柵極漏極及選擇柵極源極電晶體的控制信號。定序器塊603 還負責產生許多其它存儲器控制信號。多路復用器電路609在通信控制器601的輸出與存儲器定序器603的輸出之間進行選擇並經由存儲器通信信道611輸出選定的輸入。多路復用器609的選擇控制輸入由寄存器605、邏輯607及輸入master/Ι ^信號產生。在一個實施例中，寄存器605為一位存儲裝置，例如觸發器。寄存器605由存儲器控制器501的其它電路設定及復位(即，分別為邏輯「1」及邏輯「0」)。一個狀態用於選擇通信控制器601，而另一狀態用於選擇存儲器定序器603。邏輯電路607負責組合寄存器605輸出與mastei·/!^"模式選擇信號。邏輯電路 607的輸出為多路復用器609選擇信號。並未展示邏輯電路607中所使用的實際電路，因為可使用多個不同電路來實現相同結果。在一個操作實施例中，如果mastei/ii^"信號指示針對主控器模式的邏輯高，那麼從寄存器605的內容導出來自邏輯607的並行模式輸出信號。在此情況下，寄存器的內容(例如，邏輯「0」或邏輯「1」)用於通過多路復用器選擇信號選擇存儲器定序器603或通信控制器601。如果master/ 信號為針對從控器模式的邏輯低，那麼邏輯塊607迫使多路復用器609僅選擇存儲器定序器603。圖6中所圖解說明的實施例僅圖解說明控制器的和理解控制器與存儲器裝置的操作相關的部分。所屬領域的技術人員可理解，所述控制器可包括額外功能塊。圖7圖解說明用於操作具有並行操作模式的固態存儲裝置控制器的方法的一個實施例的流程圖。將所述固態存儲裝置的控制器中的一者設定為主控制器(701)，且將剩餘控制器設定為從控制器(703)。如圖5中所圖解說明，此可與上拉及下拉連接硬連線在一起。在替代實施例中，主控器功能及從控器功能可為可通過來自控制器的軟體命令來選擇。一旦設定存儲器控制器的功能，就通過主控制器及從控制器兩者執行與存儲器裝置的通信(705)。主控制器及從控制器現在正以並行操作模式操作。結論總的來說，一個或一個以上實施例使得固態存儲裝置控制器能夠以並行操作模式操作。通過使用來自主控制器的通信信道與從控制器通信，可增加固態存儲裝置的存儲器
也/又。雖然本文已圖解說明及描述了若干具體實施例，但所屬領域的技術人員將了解， 旨在實現相同目的的任何布置均可替代所展示的具體實施例。所屬領域的技術人員將明了本發明的許多修改。因此，本申請案打算涵蓋本發明的任何修改或變化形式。明確意圖是本發明僅由以上權利要求書及其等效內容限制。
權利要求
1.一種固態存儲裝置，其包括多個存儲器控制器，每一控制器具有多個存儲器通信信道，其中所述多個存儲器控制器經由所述存儲器通信信道中的至少一者耦合在一起；及多個存儲器裝置，其耦合到所述存儲器通信信道。
2.根據權利要求1所述的固態存儲裝置，其中所述多個存儲器控制器中的一個存儲器控制器為主控制器，且所述多個存儲器控制器中的剩餘存儲器控制器為所述主控制器的從控制器。
3.根據權利要求1所述的固態存儲裝置，其中每一存儲器通信信道包括數據線、地址線及控制線。
4.根據權利要求1所述的固態存儲裝置，其中所述多個存儲器裝置被組織成若干存儲器裝置群組，且每一群組耦合到不同的存儲器通信信道。
5.根據權利要求1所述的固態存儲裝置，其中所述多個存儲器控制器經配置而以並行操作模式操作。
6.根據權利要求5所述的固態存儲裝置，其中所述並行操作模式硬連線於所述多個存儲器控制器中的每一者中。
7.根據權利要求1所述的固態存儲裝置，其中所述多個存儲器裝置中的每一者為NAND 快閃記憶體裝置。
8.根據權利要求2所述的固態存儲裝置，其中所述主控制器經配置以經由共用通信信道將命令傳輸到至少一個從存儲器控制器以用於控制所述至少一個從存儲器控制器的操作。
9.根據權利要求8所述的固態存儲裝置，其中除所述共用通信信道以外，每一存儲器通信信道均耦合到所述多個存儲器裝置中的一子組存儲器裝置。
10.根據權利要求9所述的固態存儲裝置，其中所述主存儲器控制器包括所述至少一個存儲器通信信道中的第一子組存儲器通信信道，且至少一個從存儲器控制器包括第二子組存儲器通信信道。
11.根據權利要求10所述的裝置，其中所述共用通信信道包括所述第一子組存儲器通信信道中的耦合到所述第二子組存儲器通信信道中的兩者的兩者。
12.根據權利要求1所述的裝置，其中每一存儲器通信信道包括用於耦合到存儲器通信信道的每一存儲器裝置的不同晶片啟用信號。
13.根據權利要求1所述的裝置，其中每一存儲器裝置包括組織成NAND架構且耦合到存儲器控制電路的浮動柵極存儲器單元陣列。
14.根據權利要求2所述的裝置，其中所述主存儲器控制器包括用於與外部裝置通信的主機接口。
15.根據權利要求14所述的裝置，其中所述主機接口包括SATA、並行ATA、SAS、PCIe, 光纖信道、SCSI或吉位乙太網中的一者。
16.根據權利要求14所述的裝置，其中所述至少一個從存儲器控制器包括與所述主存儲器控制器的所述主機接口並聯的用於與外部系統通信的主機接口。
17.根據權利要求14所述的裝置，其中所述主機接口包括在所述固態存儲器裝置與所述外部系統之間傳遞的地址、數據及命令。
18. 一種用於操作固態存儲裝置的方法，所述方法包括 將多個存儲器控制器中的一者設定為具有多個通信信道的主控制器； 將所述多個存儲器控制器中的剩餘存儲器控制器設定為通過所述多個通信信道中的至少一者耦合到所述主控制器的從控制器；及與耦合到用於所述多個存儲器控制器中的每一者的每一通信信道的多個存儲器裝置中的至少一個存儲器裝置通信。
全文摘要
本發明揭示固態存儲裝置及用於操作固態存儲裝置的方法。在一個此種方法中，主存儲器控制器包括多個存儲器通信信道。使用所述存儲器通信信道中的至少一者與一個或一個以上從存儲器控制器通信。所述主存儲器控制器及從存儲器控制器可以並行操作模式操作，以與耦合到每一存儲器控制器的所述存儲器通信信道的多個存儲器裝置通信。
文檔編號G11C16/00GK102165532SQ200980138567
公開日2011年8月24日 申請日期2009年9月3日 優先權日2008年9月30日
發明者迪安·克萊因 申請人:美光科技公司