存儲器管理方法、存儲器儲存裝置及存儲器控制電路單元與流程

2023-06-01 07:57:01 3

本發明是有關於一種存儲器管理技術，且特別是有關於一種存儲器管理方法、存儲器儲存裝置及存儲器控制電路單元。

背景技術：

數字相機、行動電話與MP3播放器在這幾年來的成長十分迅速，使得消費者對儲存媒體的需求也急速增加。由於快閃記憶體(例如，快閃記憶體)具有數據非易失性、省電、體積小等特性，所以非常適合內建於上述所舉例的各種可攜式多媒體裝置中。

一般來說，在混合模式(hybrid mode)的快閃記憶體中，某些存儲單元被定義為以一個存儲單元為單位來儲存兩或三個比特(也可稱為位(digit))，並且其中的某些存儲單元則被定義為以一個存儲單元為單位來儲存一個比特。例如，某些實體區塊會被設計成用於在其中的每一個存儲單元儲存兩或三個比特，以及另一些實體區塊則被設計成用於在其中的每一個存儲單元儲存單一比特。在一般情況下，若某一個實體區塊內的某些存儲單元具有較差的可靠度而在同一實體區塊內的另一些存儲單元仍具有很好的可靠度，則此實體區塊內的所有的存儲單元往往會被統一配置為僅在每一個存儲單元中儲存單一個比特，從而增強此實體區塊的可靠度。但是，這樣的做法可能會造成數據容量的浪費，因為某些具有還不錯的可靠度的存儲單元仍然可以分別用來儲存多個比特。因此，如何設計一個方式來克服上述物理限制並可同時改善存儲單元的可靠度是在相關技術領域中的一個重要課題。

技術實現要素：

本發明提供一種存儲器管理方法、存儲器儲存裝置及存儲器控制電路單元，可在不大幅犧牲可複寫式非易失性存儲器模塊的容量下改善存儲單元的可靠度。

本發明的一範例實施例提供一種存儲器管理方法，其用於可複寫式非易失性存儲器模塊，所述可複寫式非易失性存儲器模塊包括多個存儲單元，所述存儲器管理方法包括：獲得所述存儲單元的第一臨界電壓分布；將所述存儲單元的所述第一臨界電壓分布分組成多個第一臨界電壓群組；獲得所述存儲單元的第二臨界電壓分布；將所述存儲單元的所述第二臨界電壓分布分組成多個第二臨界電壓群組，其中所述第一臨界電壓群組的端點臨界電壓低於所述第二臨界電壓群組的端點臨界電壓；若所述存儲單元中的第一存儲單元的第一臨界電壓對(pair)屬於所述第一臨界電壓群組中的第一群組和所述第二臨界電壓群組中的第一群組，將所述第一存儲單元分配到第一虛擬區塊，使得所述第一存儲單元操作在M階存儲單元模式；以及若所述存儲單元中的第二存儲單元的第二臨界電壓對屬於所述第一臨界電壓群組中的第二群組和所述第二臨界電壓群組中的第二群組，將所述第二存儲單元分配到第二虛擬區塊，使得所述第二存儲單元操作在N階存儲單元模式；其中所述第一臨界電壓群組中的所述第二群組的端點臨界電壓低於所述第一臨界電壓群組的所述第一群組的端點臨界電壓，其中所述第二臨界電壓群組中的所述第二群組的端點臨界電壓高於所述第二臨界電壓群組中的所述第一群組的端點臨界電壓，其中M和N皆為大於1的正整數，並且N大於M。

在本發明的一範例實施例中，獲得所述存儲單元的所述第一臨界電壓分布的步驟包括：抹除所述存儲單元並且記錄每一個被抹除的存儲單元的最抹除臨界電壓，其中獲得所述存儲單元的所述第二臨界電壓分布的步驟包括：程序化所述存儲單元並且記錄每一個被程序化的存儲單元的最程序化臨界電壓。

在本發明的一範例實施例中，所述存儲單元是位於所述可複寫式非易失性存儲器模塊中的至少一第一實體單元，其中所述存儲器管理方法還包括：將對應於所述存儲單元的至少一地址的分組信息儲存在所述可複寫式非易失性存儲器模塊中的至少一第二實體單元，其中所述第二實體單元的可靠度高於所述第一實體單元的可靠度。

在本發明的一範例實施例中，所述存儲器管理方法還包括：若所述存儲單元中的第三存儲單元的第三臨界電壓對屬於所述第一臨界電壓群組中的第三群組和所述第二臨界電壓群組中的第三群組，則將所述第三存儲單元分配 到第三虛擬區塊，使得所述第三存儲單元操作在Q階存儲單元模式，其中所述第一臨界電壓群組中的所述第三群組的端點臨界電壓低於所述第一臨界電壓群組中的所述第一群組的端點臨界電壓，其中所述第二臨界電壓群組中的所述第三群組的端點臨界電壓高於或等於所述第二臨界電壓群組中的所述第一群組的所述端點臨界電壓，其中Q是小於N並且大於M的正整數。

在本發明的一範例實施例中，所述存儲器管理方法還包括：若所述存儲單元中的第四存儲單元的第四臨界電壓對屬於所述第一臨界電壓群組中的第四群組和所述第二臨界電壓群組中的第四群組，則將所述第四存儲單元分配到所述第三虛擬區塊，使得所述第四存儲單元操作在所述Q階存儲單元模式，其中所述第一臨界電壓群組中的所述第四群組的端點臨界電壓低於或等於所述第一臨界電壓群組中的所述第一群組的所述端點臨界電壓，其中所述第二臨界電壓群組中的所述第四群組的端點臨界電壓高於所述第二臨界電壓群組中的所述第一群組的所述端點臨界電壓。

在本發明的一範例實施例中，所述存儲器管理方法還包括：分析所述存儲單元的所述第一臨界電壓分布以及所述存儲單元的所述第二臨界電壓分布；以及根據分析結果來決定所述第一臨界電壓群組的第一數量以及所述第二臨界電壓群組的第二數量。

本發明的另一範例實施例提供一種存儲器儲存裝置，其包括連接接口單元、可複寫式非易失性存儲器模塊及存儲器控制電路單元。所述連接接口單元用以電性連接至主機系統。所述可複寫式非易失性存儲器模塊包括多個存儲單元。所述存儲器控制電路單元電性連接至所述連接接口單元以及所述可複寫式非易失性存儲器模塊，其中所述存儲器控制電路單元用以獲得所述存儲單元的第一臨界電壓分布，其中所述存儲器控制電路單元還用以將所述存儲單元的第一臨界電壓分布分組成多個第一臨界電壓群組，其中所述存儲器控制電路單元還用以獲得所述存儲單元的第二臨界電壓分布，其中所述存儲器控制電路單元還用以將所述存儲單元的第二臨界電壓分布分組成多個第二臨界電壓群組，其中所述第一臨界電壓群組的端點臨界電壓低於所述第二臨界電壓群組的端點臨界電壓，其中若所述存儲單元中的第一存儲單元的第一臨界電壓對屬於所述第一臨界電壓群組中的第一群組以及所述第二臨界電壓群組中的第一群組，所述存儲器控制電路單元還用以將所述第一存儲單元分 配到第一虛擬區塊，使得所述第一存儲單元操作在M階存儲單元模式，其中若所述存儲單元中的第二存儲單元的第二臨界電壓對屬於所述第一臨界電壓群組中的第二群組以及所述第二臨界電壓群組中的第二群組，所述存儲器控制電路單元還用以將所述第二存儲單元分配到第二虛擬區塊，使得所述第二存儲單元操作在N階存儲單元模式，其中所述第一臨界電壓群組中的所述第二群組的端點臨界電壓低於所述第一臨界電壓群組中的所述第一群組的端點臨界電壓，其中所述第二臨界電壓群組中的所述第二群組的端點臨界電壓高於所述第二臨界電壓群組中的所述第一群組的端點臨界電壓，其中M和N皆為大於1的正整數，並且N大於M。

在本發明的一範例實施例中，所述存儲器控制電路單元獲得所述存儲單元的所述第一臨界電壓分布的操作包括：抹除所述存儲單元並且記錄每一個被抹除的存儲單元的最抹除臨界電壓，其中所述存儲器控制電路單元獲得所述存儲單元的所述第二臨界電壓分布的操作包括：程序化所述存儲單元並且記錄每一個被程序化的存儲單元的最程序化臨界電壓。

在本發明的一範例實施例中，所述存儲單元是位於所述可複寫式非易失性存儲器模塊中的至少一第一實體單元，其中所述存儲器控制電路單元還用以將對應於所述存儲單元的至少一地址的分組信息儲存在所述可複寫式非易失性存儲器模塊中的至少一第二實體單元，其中所述第二實體單元的可靠度高於所述第一實體單元的可靠度。

在本發明的一範例實施例中，若所述存儲單元中的第三存儲單元的第三臨界電壓對屬於所述第一臨界電壓群組中的第三群組和所述第二臨界電壓群組中的第三群組，所述存儲器控制電路單元還用以將所述第三存儲單元分配到第三虛擬區塊，使得所述第三存儲單元操作在Q階存儲單元模式，其中所述第一臨界電壓群組中的所述第三群組的端點臨界電壓低於所述第一臨界電壓群組中的所述第一群組的所述端點臨界電壓，其中所述第二臨界電壓群組中的所述第三群組的端點臨界電壓高於或等於所述第二臨界電壓群組中的所述第一群組的所述端點臨界電壓，其中Q是小於N並且大於M的正整數。

在本發明的一範例實施例中，若所述存儲單元中的第四存儲單元的第四臨界電壓對屬於所述第一臨界電壓群組中的第四群組和所述第二臨界電壓群組中的第四群組，所述存儲器控制電路單元還用以將所述第四存儲單元分配 到所述第三虛擬區塊，使得所述第四存儲單元操作在所述Q階存儲單元模式，其中所述第一臨界電壓群組中的所述第四群組的端點臨界電壓低於或等於所述第一臨界電壓群組中的所述第一群組的所述端點臨界電壓，其中該些第二臨界電壓群組中的所述第四群組的端點臨界電壓高於所述第二臨界電壓群組中的所述第一群組的所述端點臨界電壓。

在本發明的一範例實施例中，所述存儲器控制電路單元還用以分析所述存儲單元的所述第一臨界電壓分布以及所述存儲單元的所述第二臨界電壓分布，其中所述存儲器控制電路單元還用以根據分析結果來決定所述第一臨界電壓群組的第一數量以及所述第二臨界電壓群組的第二數量。

本發明的另一範例實施例提供一種存儲器控制電路單元，其用以控制可複寫式非易失性存儲器模塊，所述存儲器控制電路單元包括主機接口、存儲器接口及存儲器管理電路。所述主機接口用以電性連接至主機系統。所述存儲器接口用以電性連接至所述可複寫式非易失性存儲器模塊，其中所述可複寫式非易失性存儲器模塊包括多個存儲單元。所述存儲器管理電路電性連接至所述主機接口以及所述存儲器接口，其中所述存儲器管理電路用以獲得所述存儲單元的第一臨界電壓分布，其中所述存儲器管理電路還用以將所述存儲單元的所述第一臨界電壓分布分組成多個第一臨界電壓群組，其中所述存儲器管理電路還用以獲得所述存儲單元的第二臨界電壓分布，其中所述存儲器管理電路還用以將所述存儲單元的所述第二臨界電壓分布分組成多個第二臨界電壓群組，其中所述第一臨界電壓群組的端點臨界電壓低於所述第二臨界電壓群組的端點臨界電壓，其中若所述存儲單元中的第一存儲單元的第一臨界電壓對屬於所述第一臨界電壓群組中的第一群組以及所述第二臨界電壓群組中的第一群組，所述存儲器管理電路還用以將所述第一存儲單元分配到第一虛擬區塊，使得所述第一存儲單元操作在M階存儲單元模式，其中若所述存儲單元中的第二存儲單元的第二臨界電壓對屬於所述第一臨界電壓群組中的第二群組以及所述第二臨界電壓群組中的第二群組，所述存儲器管理電路還用以將所述第二存儲單元分配到第二虛擬區塊，使得所述第二存儲單元操作在N階存儲單元模式，其中所述第一臨界電壓群組中的所述第二群組的端點臨界電壓低於所述第一臨界電壓群組中的所述第一群組的端點臨界電壓，其中所述第二臨界電壓群組中的所述第二群組的端點臨界電壓高於所述 第二臨界電壓群組中的所述第一群組的端點臨界電壓，其中M和N皆為大於1的正整數，並且N大於M。

在本發明的一範例實施例中，所述存儲單元的所述第一臨界電壓分布是所述存儲單元的最抹除(most-erased)臨界電壓分布，所述存儲單元的所述第二臨界電壓分布是所述存儲單元的最程序化(most-programmed)臨界電壓分布。

在本發明的一範例實施例中，所述存儲器管理電路獲得所述存儲單元的所述第一臨界電壓分布的操作包括：抹除所述存儲單元並且記錄每一個被抹除的存儲單元的最抹除臨界電壓，所述存儲器控制電路單元獲得所述存儲單元的所述第二臨界電壓分布的操作包括：程序化所述存儲單元並且記錄每一個被程序化的存儲單元的最程序化臨界電壓。

在本發明的一範例實施例中，所述存儲單元位於所述可複寫式非易失性存儲器模塊中的至少一第一實體單元，其中所述存儲器管理電路還用以將對應於所述存儲單元的至少一地址的分組信息儲存在所述可複寫式非易失性存儲器模塊中的至少一第二實體單元，其中所述第二實體單元的可靠度高於所述第一實體單元的可靠度。

在本發明的一範例實施例中，若所述存儲單元中的第三存儲單元的第三臨界電壓對屬於所述第一臨界電壓群組中的第三群組和所述第二臨界電壓群組中的第三群組，所述存儲器管理電路還用以將所述第三存儲單元分配到第三虛擬區塊，使得所述第三存儲單元操作在Q階存儲單元模式，其中所述第一臨界電壓群組中的所述第三群組的端點臨界電壓低於所述第一臨界電壓群組中的所述第一群組的所述端點臨界電壓，其中所述第二臨界電壓群組中的所述第三群組的端點臨界電壓高於或等於所述第二臨界電壓群組中的所述第一群組的所述端點臨界電壓，其中Q是小於N並且大於M的正整數。

在本發明的一範例實施例中，若所述存儲單元中的第四存儲單元的第四臨界電壓對屬於所述第一臨界電壓群組中的第四群組和所述第二臨界電壓群組中的第四群組，所述存儲器管理電路還用以將所述第四存儲單元分配到所述第三虛擬區塊，使得所述第四存儲單元操作在所述Q階存儲單元模式，其中所述第一臨界電壓群組中的所述第四群組的端點臨界電壓低於或等於所述第一臨界電壓群組中的所述第一群組的所述端點臨界電壓，其中所述第二臨界電壓群組中的所述第四群組的端點臨界電壓高於所述第二臨界電壓群組中 的所述第一群組的所述端點臨界電壓。

在本發明的一範例實施例中，所述存儲器管理電路還用以分析所述存儲單元的所述第一臨界電壓分布以及所述存儲單元的所述第二臨界電壓分布，其中所述存儲器管理電路還用以根據分析結果來決定所述第一臨界電壓群組的第一數量以及所述第二臨界電壓群組的第二數量。

在本發明的一範例實施例中，所述第一數量為J，所述第二數量為K，J和K皆為大於1的整數，N等於M+J+K-2。

基於上述，多個存儲單元的臨界電壓分布會被分組成多個第一臨界電壓群組以及多個第二臨界電壓群組。藉此，此些存儲單元會被劃分至不同的虛擬區塊而被操作在適當的程序化模式。因此，可在不大幅犧牲可複寫式非易失性存儲器模塊的容量下改善存儲單元的可靠度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合附圖作詳細說明如下。

附圖說明

圖1是根據本發明的一範例實施例所示出的主機系統與存儲器儲存裝置的示意圖；

圖2是根據本發明的一範例實施例所示出的電腦、輸入/輸出裝置與存儲器儲存裝置的示意圖；

圖3是根據本發明的一範例實施例所示出的主機系統與存儲器儲存裝置的示意圖；

圖4是示出圖1的存儲器儲存裝置的概要方塊圖；

圖5是根據本發明的一範例實施例所示出的存儲器控制電路單元的方塊圖；

圖6是根據本發明的一範例實施例所示出的存儲單元的臨界電壓分布的示意圖；

圖7是根據本發明的另一範例實施例所示出的存儲單元的臨界電壓分布的示意圖；

圖8是根據本發明的又一範例實施例所示出的存儲單元的臨界電壓分布的示意圖；

圖9A與9B是分別根據本發明的一範例實施例所示出的正常的臨界電壓分布以及退化的臨界電壓分布的示意圖；

圖10A與10B是分別根據本發明的一範例實施例所示出的最抹除臨界電壓分布以及最程序化臨界電壓分布的示意圖；

圖11A至11E是根據本發明的一範例實施例所示出的分組程序的示意圖；

圖12是根據本發明的另一範例實施例所示出的分組程序的示意圖；

圖13是根據本發明的又一範例實施例所示出的分組程序的示意圖；

圖14是根據本發明的一範例實施例所示出的存儲器管理方法的流程圖。

附圖標記說明：

10：存儲器儲存裝置；

11：主機系統；

12：電腦；

13：輸入/輸出裝置；

122：微處理器；

124：隨機存取存儲器(RAM)；

126：系統總線；

128：數據傳輸接口

21：滑鼠；

22：鍵盤；

23：顯示器；

24：印表機；

25：快閃記憶體；

26：存儲卡；

27：固態硬碟；

31：數字相機(攝影機)；

32：安全數字卡；

33：多媒體存儲卡；

34：記憶棒；

35：小型快閃記憶體；

36：嵌入式儲存裝置；

402：連接接口單元；

404：存儲器控制電路單元；

406：可複寫式非易失性存儲器模塊；

502：存儲器管理電路；

504：主機接口；

506：存儲器接口；

508：錯誤檢查與校正電路；

510：緩衝存儲器；

512：電源管理電路；

610、620、710、720、730、740、810、820、830、840、850、860、870、880、910、920、912、922、1121～1122、1131～1136、1141～1145、1151～1155：狀態；

1010、1020、1011、1012、1021、1022、1210、1220、1211～1214、1221～1223、1310、1320：臨界電壓分布；

1110_1、1110_2、1120_1、1120_2、1210_1～1210_4、1220_1～1220_3、1310_1～1310_J、1320_1～1320_K：群組；

S1401：步驟(獲得可複寫非易失性存儲器模塊中的存儲單元的第一臨界電壓分布)；

S1402：步驟(將第一臨界電壓分布分組成多個第一臨界電壓群組)；

S1403：步驟(獲得所述存儲單元的第二臨界電壓分布)；

S1404：步驟(將第二臨界電壓分布分組成多個第二臨界電壓群組)；

S1405：步驟(從所述存儲單元中選擇一個存儲單元)；

S1406：步驟(若所選擇的存儲單元的一臨界電壓對屬於第一臨界電壓群組中的一特定群組以及第二臨界電壓群組中的一特定群組，將此存儲單元分配至一虛擬區塊，使得此存儲單元操作在一個特定階存儲單元模式)；

S1407：步驟(確認是否有任何存儲單元還未被分組)。

具體實施方式

一般來說，存儲器儲存裝置(也稱存儲器儲存系統)包括可複寫式非易 失性存儲器模塊和控制器(也稱控制電路)。存儲器儲存裝置通常與主機系統一起使用，使得主機系統可以從存儲器儲存裝置中讀寫數據。

圖1是根據本發明的一範例實施例所示出的主機系統與存儲器儲存裝置的示意圖。圖2是根據本發明的一範例實施例所示出的電腦、輸入/輸出裝置與存儲器儲存裝置的示意圖。

請參照圖1，主機系統11包括電腦12和輸入/輸出裝置13。電腦12包括微處理器122、隨機存取存儲器(random access memory，簡稱為：RAM)124、系統總線126以及數據傳輸接口128。舉例來說，輸入/輸出裝置13包括滑鼠21、鍵盤22、顯示器23與印表機24，如圖2所示。必須了解的是，在圖2中所示出的裝置並非用以限定輸入/輸出裝置13，輸入/輸出裝置13可還包括其他裝置。

在一範例實施例中，存儲器儲存裝置10是通過數據傳輸接口128電性連接至主機系統11的其他裝置。通過使用微處理器122、隨機存取存儲器124與輸入/輸出裝置13，可將數據寫入至存儲器儲存裝置10中，或從存儲器儲存裝置10中讀取數據。舉例來說，存儲器儲存裝置10可以是諸如快閃記憶體25、存儲卡26或固態硬碟27等的可複寫非易失性存儲器儲存裝置，如圖2所示。

圖3是根據本發明的一範例實施例所示出的主機系統與存儲器儲存裝置的示意圖。

一般來說，主機系統11為可實質地與存儲器儲存裝置10配合以儲存數據的任意系統。在本範例實施例中，主機系統11是以電腦系統為例。然而，在另一範例實施例中，主機系統11可以是數字相機、攝影機、通信裝置、音訊播放器或視訊播放器等系統。例如，當主機系統為數字相機(攝影機)31時，可複寫式非易失性存儲器儲存裝置則為安全數字(Secure Digital，簡稱為：SD)卡32、多媒體存儲卡(Multi Media Card，簡稱為：MMC)33、記憶棒(Memory Stick)34、小型快閃記憶體(Compact Flash，簡稱為：CF)35或嵌入式儲存裝置36(如圖3所示)。嵌入式儲存裝置36包括嵌入式多媒體卡(Embedded MMC，簡稱為：eMMC)。值得一提的是，嵌入式多媒體卡是直接電性連接在主機系統的基板上。

圖4是示出圖1的存儲器儲存裝置的概要方塊圖。

請參照圖4，存儲器儲存裝置10包括連接接口單元402、存儲器控制電路單元404與可複寫式非易失性存儲器模塊406。

在本範例實施例中，連接接口單元402是兼容於串行高級技術附件(Serial Advanced Technology Attachment，簡稱為：SATA)標準。然而，本發明不限於此，連接接口單元402也可以是兼容於並行高級技術附件(Parallel Advanced Technology Attachment，簡稱為：PATA)標準、電氣和電子工程師協會(Institute of Electrical and Electronic Engineers，簡稱為：IEEE)1394標準、外部設備互連(Peripheral Component Interconnect Express，簡稱為：PCI Express)標準、通用串行總線(Universal Serial Bus，簡稱為：USB)、安全數字接口標準、超高速一代(Ultra High Speed-I，簡稱為：UHS-I)接口標準、超高速二代(Ultra High Speed-II，簡稱為：UHS-II)接口標準、記憶棒接口標準、多媒體儲存卡接口標準、嵌入式多媒體卡接口標準、通用快閃記憶體(Universal Flash Storage，簡稱為：UFS)接口標準、小型快閃接口標準、集成設備電路(Integrated Device Electronics，簡稱為：IDE)標準或其他適合的標準。連接接口單元402與存儲器控制電路單元404是被封裝至一個晶片當中，或者連接接口單元402也可以是布設在包含有存儲器控制電路單元404的晶片之外。

存儲器控制電路單元404用以執行多個邏輯門或多個以硬體形式或固件形式實現的控制指令，以根據主機系統11的指令在可複寫式非易失性存儲器模塊406中進行數據的寫入、讀取與抹除等操作。

可複寫式非易失性存儲器模塊406被電性連接至存儲器控制電路單元404並且用以儲存從主機系統11寫入的數據。可複寫式非易失性存儲器模塊406可以是與非門(NAND)快閃記憶體模塊、或非門(NOR)快閃記憶體模塊或是其他形式的快閃記憶體模塊。

在可複寫式非易失性存儲器模塊406中的每一個存儲單元可通過改變存儲單元的臨界電壓來儲存一個或更多的比特(或，位(digit))。特別是，在每一個存儲單元中，控制閘與通道之間提供了一個電荷儲存層。通過施加一個寫入電壓到控制閘來改變電荷存儲層中的電子數量，可進一步改變存儲單元的電壓。這個改變電壓的過程也被稱為「將數據寫入存儲單元」或是「程序化存儲單元」。根據臨界電壓的改變，可複寫式非易失性存儲器模塊406中的每一個存儲單元可具有多種儲存樣態(以下也稱為狀態)。此外，通過施加讀取電壓可 讀取出存儲單元所屬的儲存狀態，進而獲得儲存在此存儲單元中的數據。在本範例實施例中，存儲單元的電荷儲存層也可以是指浮動柵(floating gate)或電荷捕獲層(charge trapping layer)。

圖5是根據本發明的一範例實施例所示出的存儲器控制電路單元的方塊圖。

請參照圖5，存儲器控制電路單元404包括存儲器管理電路502、主機接口504以及存儲器接口506。

該存儲器管理電路502用來控制存儲器控制電路單元404的整體運作。具體來說，存儲器管理電路502有多個控制指令。在存儲器儲存裝置10的操作過程中，此些控制指令會被執行以進行數據的寫入、讀取與抹除等操作。存儲器管理電路502的操作是類似於存儲器控制電路單元404的操作，故以下省略相關的描述。

在本範例實施例中，存儲器管理電路502的控制指令是以固件形式來實現。例如，存儲器管理電路502具有微處理器單元(未示出)與只讀存儲器(未示出)，並且此些控制指令是被燒錄至此只讀存儲器中。當存儲器儲存裝置10運作時，此些控制指令會被微處理器單元運行以執行數據的寫入、讀取與抹除等運作。

在另一範例實施例中，存儲器管理電路502的控制指令也可以是以程式碼的形式儲存在可複寫非易失性存儲器的一特定區域(例如，存儲器中專門用來儲存系統數據的系統區)。此外，存儲器管理電路502具有微處理器單元(未示出)、只讀存儲器(未示出)以及隨機存取存儲器(未示出)。更具體來說，此只讀存儲器具有開機碼，並且當存儲器控制電路單元404被操作時，微處理器單元會先執行此開機碼來將儲存於可複寫式非易失性存儲器模塊406中的控制指令載入至存儲器管理電路502的隨機存取存儲器中。之後，微處理器單元會運轉此些控制指令以進行數據的寫入、讀取與抹除等運作。

此外，在另一範例實施例中，存儲器管理電路502的控制指令也可以一硬體形式來實現。例如，存儲器管理電路502包括微控制器、存儲器寫入電路、存儲器讀取電路、存儲器抹除電路與數據處理電路。存儲器寫入電路、存儲器讀取電路、存儲器抹除電路與數據處理電路是電性連接至微控制器。其中，存儲器寫入電路用以對可複寫式非易失性存儲器模塊406下達寫入指 令以將數據寫入至可複寫式非易失性存儲器模塊406中；存儲器讀取電路用以對可複寫式非易失性存儲器模塊406下達讀取指令以從可複寫式非易失性存儲器模塊406中讀取數據；存儲器抹除電路用以對可複寫式非易失性存儲器模塊406下達抹除指令以將數據從可複寫式非易失性存儲器模塊406中抹除；而數據處理電路用以處理欲寫入至可複寫式非易失性存儲器模塊406的數據以及從可複寫式非易失性存儲器模塊406中讀取的數據。

主機接口504是電性連接至存儲器管理電路502並且用以接收與識別主機系統11所傳送的指令與數據。換言之，主機系統11所傳送的指令與數據會通過主機接口504傳送至存儲器管理電路502。在本範例實施例中，主機接口504是兼容於SATA標準。然而，必須了解的是，本發明不限於此。主機接口504也可以是兼容於PATA標準、IEEE1394標準、PCI Express標準、USB標準、SD標準、UHS-I標準、UHS-II標準、MS標準、MMC標準、eMMC標準、UFS標準、CF標準、IDE標準或其他適合的數據傳輸標準。

存儲器接口506是電性連接至存儲器管理電路502並且用以存取可複寫式非易失性存儲器模塊406。也就是說，欲寫入至可複寫式非易失性存儲器模塊406的數據會經由存儲器接口506轉換為可複寫式非易失性存儲器模塊406所能接受的格式。特別是，若存儲器管理電路502欲存取可複寫式非易失性存儲器模塊406，存儲器接口506會發送相對應的指令序列。此指令序列可以包含一個或多個信號、或來自總線的數據。舉例來說，識別碼和存儲器地址等信息可能會包含在一個讀取指令序列中。

在一範例實施例中，存儲器控制電路單元404還包括錯誤檢查與校正電路508，緩衝存儲器510以及電源管理電路512。

錯誤檢查與校正電路508電性連接至存儲器管理電路502並且用以執行錯誤檢查與校正程序以確保數據的正確性。具體來說，當存儲器管理電路502從主機系統11接收到寫入指令時，錯誤檢查與校正電路508會為對應此寫入指令的數據產生對應的錯誤檢查與校正碼(Error Checking and Correcting Code，簡稱為：ECC Code)和/或錯誤檢測碼(Error detecting code，簡稱為：EDC)，並且存儲器管理電路502會將此數據與對應的錯誤檢查與校正碼和/或錯誤檢測碼寫入至可複寫式非易失性存儲器模塊406中。之後，當從可複寫式非易失性存儲器模塊406中讀取數據時，存儲器管理電路502會一併讀 取此數據對應的錯誤檢查與校正碼和/或錯誤檢測碼，並且錯誤檢查與校正電路508會根據此錯誤檢查與校正碼和/或錯誤檢測碼對所讀取的數據執行錯誤檢查與校正程序。

緩衝存儲器510是電性連接至存儲器管理電路502並且用以暫存來自於主機系統11的數據與指令或來自於可複寫式非易失性存儲器模塊406的數據。電源管理電路512是電性連接至存儲器管理電路502並且用以控制存儲器儲存裝置10的電源。

在本範例實施例中，可複寫式非易失性存儲器模塊406中的存儲單元會構成多個實體程序化單元，並且此些實體程序化單元會構成多個實體抹除單元。特別是，在同一條字線上的存儲單元會構成一或多個實體程序化單元。所述實體程序化單元是程序化的最小單位。也就是說，實體程序化單元是用於寫入數據的最小單位。舉例來說，實體程序化單元可以是實體頁或實體扇。實體抹除單元是用於抹除的最小單位。也就是說，一個實體抹除單元會包含一起被抹除的最少數量的存儲單元。例如，實體抹除單元可以是實體區塊。

圖6是根據本發明的一範例實施例所示出的存儲單元的臨界電壓分布的示意圖。

請參照圖6，在將數據寫入至多個存儲單元後，此些存儲單元的臨界電壓分布包括兩個狀態610和620。舉例來說，具有較低的臨界電壓峰值的狀態610用以表示數據「1」，而具有較高的臨界電壓峰值的狀態620用以表示數據「0」。通過施加介於狀態610和620之間的讀取電壓至此些存儲單元，可獲得儲存在此些存儲單元的數據。例如，反應於所施加的讀取電壓，臨界電壓低於所施加的讀取電壓的存儲單元可被識別為儲存數據「1」，而臨界電壓高於所施加的讀取電壓的另一存儲單元可被識別為儲存數據「0」。然而，在另一範例實施例中，狀態610也可用以表示數據「0」，並且狀態620也可用以表示數據「1」。

在本範例實施例中，包括兩個狀態(例如，狀態610和狀態620)的存儲單元也可視為是被操作在2階存儲單元(two-level cell，簡稱為：2LC)模式(或稱為2LC程序化模式)。操作在2階存儲單元模式的一個存儲單元用以儲存一個比特的數據(例如，數據「1」或數據「0」)。

圖7是根據本發明的另一範例實施例所示出的存儲單元的臨界電壓分布 的示意圖。

請參照圖7，在將數據寫入至多個存儲單元，此些存儲單元的臨界電壓分布包括四個狀態710至740。狀態710至740分別用以表示數據「11」、「10」、「00」以及「01」。通過施加不同的讀取電壓至此些存儲單元，可獲得儲存在此些存儲單元中的數據。

在本範例實施例中，包括四種狀態的存儲單元也可視為是被操作在4階存儲單元(four-level cell，簡稱為：4LC)模式(或稱為4LC程序化模式)。操作在4階單元模式的一個存儲單元用以儲存兩個比特的數據。然而，狀態710至740中的每一者所代表的數據可能取決於不同的設計而有所不同。

圖8是根據本發明的又一範例實施例所示出的存儲單元的臨界電壓分布的示意圖。

請參照圖8，數據寫入多個存儲單元後，此些存儲單元的臨界電壓分布包括八個狀態810至880。狀態810至880分別表示數據「111」、「110」、「100」、「101」、「001」、「000」、「010」以及「011」。通過施加不同的讀取電壓至此些存儲單元，可獲得儲存在此些存儲單元中的數據。然而，狀態810至880中的每一者所代表的數據可能取決於不同的設計而有所不同。

在本範例實施例中，包括八個狀態的存儲單元也可視為是被操作在8階存儲單元(eight-level cell，簡稱為：8LC)模式(或稱為8LC程序化模式)。操作在8階存儲單元模式的一個存儲單元用以儲存三個比特的數據。

值得注意的是，在另一範例實施例中，每一個存儲單元的狀態的數量也可以是三、五、六、七或者更多，本發明不加以限制。換言之，每一個存儲單元皆可被操作在一個特定階(specific-level)存儲單元模式。其中，此特定階存儲單元模式可以是指2階存儲單元模式、3階存儲單元模式、4階存儲單元模式、5階存儲單元模式、6階存儲單元模式等等。在本範例實施例中，若某一個存儲單元操作在M階存儲單元(M-level cell，簡稱為：MLC)模式，則表示此存儲單元包括M個狀態(或，M個峰)。例如，M是大於1的正整數。

然而，在反覆地程序化和抹除此些存儲單元(例如，經過多個程序化/抹除循環(P/E cycle))之後，此些存儲單元的臨界電壓分布的每一個峰值皆可能發生退化(例如，扁平化並變寬)，並且儲存在此些存儲單元的數據中的錯誤可能會增加。

圖9A與9B是分別根據本發明的一範例實施例所示出的正常的臨界電壓分布以及退化的臨界電壓分布的示意圖。

請參照圖9A，其是以操作在2階存儲單元模式的存儲單元的正常臨界電壓分布作為範例。在本範例實施例中，在狀態910(表示數據「1」)的右端點至狀態920(表示數據「0」)的左端點之間存在一個很寬的間隙ΔV1。舉例來說，間隙ΔV1可能寬到足以允許存儲單元進一步操作在3階存儲單元模式、4階存儲單元模式或5階存儲單元等等。

請參照圖9B，在此些存儲單元經過反覆地程序化及抹除或者承受其他影響(例如，高溫下的熱效應)之後，此些存儲單元的退化的臨界電壓分布可被獲得。退化的臨界電壓分布包括狀態912及922。舉例來說，狀態912表示數據「1」，以及狀態922表示數據「0」。位於狀態912的右端點與狀態922的左端點之間的間隙ΔV2窄於圖9A所示的間隙ΔV1。若臨界電壓分布發生退化，如圖9B所示，則此些存儲單元可能不適於被操作在具有兩個以上的狀態的程序化模式。

在上述範例實施例中，狀態910或912是存儲單元的最抹除(most-erased)狀態，而狀態920或922則是存儲單元的最程序化(most-programmed)狀態。更進一步，最抹除狀態的最抹除臨界電壓分布以及最程序化狀態的最程序化臨界電壓分布可被用來決定存儲單元的程序化模式。

圖10A與10B是分別根據本發明的一範例實施例所示出的最抹除臨界電壓分布以及最程序化臨界電壓分布的示意圖。

請參照圖10A，存儲器管理電路502會指示可複寫式非易失性存儲器模塊406抹除多個存儲單元並且記錄每一個被抹除的存儲單元的臨界電壓，藉以獲得此些被抹除的存儲單元的臨界電壓分布1010(以下也稱為第一臨界電壓分布)。在本範例實施例中，臨界電壓分布1010也可被視為此些存儲單元的最抹除臨界電壓分布。

請參照圖10B，存儲器管理電路502還會指示可複寫式非易失性存儲器模塊406程序化此些存儲單元並且記錄每一個被程序化的存儲單元的臨界電壓，藉以獲得此些被程序化的存儲單元的臨界電壓分布1020(以下也稱為第二臨界電壓分布)。在本範例實施例中，臨界電壓分布1020也可被視為此些存儲單元的最程序化臨界電壓分布。

圖11A至11E是根據本發明的一範例實施例所示出的分組程序的示意圖。

請參照圖11A，存儲器管理電路502會將臨界電壓分布1010分組為群組1110_1及1110_2，並且存儲器管理電路502會將臨界電壓分布1020分組成群組1120_1及1120_2。在本範例實施例中，群組1110_1及1110_2也被視為第一臨界電壓群組，而群組1120_1及1120_2也被視為第二臨界電壓群組。

具體而言，臨界電壓分布1011(即，臨界電壓分布1010的右邊部分)是被劃分至群組1110_1，而臨界電壓分布1012(即，臨界電壓分布1010的左邊部分)則是被劃分至群組1110_2；臨界電壓分布1021(即，臨界電壓分布1020的左邊部分)是被劃分至群組1120_1，而臨界電壓分布1022(即，臨界電壓分布1020的右邊部分)則是被劃分至群組1120_2。

群組1110_1及1110_2的端點臨界電壓會小於群組1120_1及1120_2的端點臨界電壓。舉例來說，群組1110_1及1110_2的端點臨界電壓可以是指臨界電壓分布1010的左端點所對應的臨界電壓，或者臨界電壓分布1010的右端點所對應的臨界電壓；群組1120_1及1120_2的端點臨界電壓可以是指臨界電壓分布1020的左端點所對應的臨界電壓，或者臨界電壓分布1020的右端點所對應的臨界電壓。或者，在另一範例實施例中，群組1110_1及1110_2的端點臨界電壓也可以是指臨界電壓分布1010上的任意點所對應的臨界電壓，而群組1120_1及1120_2的端點臨界電壓也可以是指臨界電壓分布1020上的任意點所對應的臨界電壓。此外，群組1110_1的端點臨界電壓會高於群組1110_2的端點臨界電壓，並且群組1120_2的端點臨界電壓會高於群組1120_1的端點臨界電壓。

請參照圖11B，存儲器管理電路502會將臨界電壓對(pair)落於群組1110_1及1120_1的存儲單元分組到至少一個虛擬區塊(以下也稱為第一虛擬區塊)。在本範例實施例中，每一個在第一虛擬區塊內的存儲單元會被配置為操作在M階(M-level)存儲單元模式。其中，M是大於1的正整數。

具體而言，存儲器管理電路502從構成臨界電壓分布1010和1020的多個存儲單元中選擇一個存儲單元。然後，若所選擇的存儲單元的最抹除臨界電壓屬於群組1110_1並且此存儲單元的最程序化臨界電壓屬於群組1120_1，則存儲器管理電路502會將此存儲單元分組至第一虛擬區塊，使得此存儲單 元操作在MLC模式。在本範例實施例中，M為4。舉例來說，在程序化第一虛擬區塊內的存儲單元之後，此些被程序化的存儲單元的臨界電壓分布會包括四個狀態1121至1124，如圖11B所示。

然而，在另一範例實施例中，M也可以是2、3、5或其他更大的數值，視群組1110_1的位置(例如，其右端點)和群組1120_1的位置(例如，其左端點)之間的間隙而定。例如，M的值可以正相關於群組1110_1的右端點和群組1120_1的左端點之間的間隙之寬度；若群組1110_1的右端點和群組1120_1的左端點之間的間隙很寬，則M可被設為較大的值；若群組1110_1的右端點和群組1120_1的左端點之間的間隙較窄，則M可被設為較小的值。

請參照圖11C，存儲器管理電路502還會將臨界電壓對落於群組1110_2及1120_2內的存儲單元分組成另外的至少一虛擬區塊(以下也稱為第二虛擬區塊)。在本範例實施例中，每一個在第二虛擬區塊內的存儲單元會被配置為操作在N階(N-level)存儲單元模式。其中，N是大於M的正整數。

具體來說，在存儲器管理電路502從構成臨界電壓分布1010和1020的存儲單元中選擇一個存儲單元之後，若所選擇的存儲單元的最抹除臨界電壓屬於群組1110_2並且此存儲單元的最程序化臨界電壓屬於群組1120_2，則存儲器管理電路502會將此存儲單元分組至第二虛擬區塊，使得此存儲單元操作在N階存儲單元模式。在本範例實施例中，N為6，從而第二虛擬區塊中的每一個存儲單元皆操作在6階存儲單元模式。舉例來說，在程序化第二虛擬區塊內的存儲單元之後，此些存儲單元的臨界電壓分布會包括六個狀態1131至1136，如圖11C所示。

請參照圖11D，存儲器管理電路502還會將臨界電壓對落於群組1110_2及1120_1內的存儲單元分組至另外的至少一虛擬區塊(以下也稱為第三虛擬區塊)。在本範例實施例中，每一個在第三虛擬區塊內的存儲單元會被配置為操作在Q階(Q-level)存儲單元模式。其中，Q是小於N的正整數。

具體來說，在存儲器管理電路502從構成臨界電壓分布1010和1020的存儲單元中選擇一個存儲單元之後，若所選擇的存儲單元的最抹除臨界電壓屬於群組1110_2並且此存儲單元的最程序化臨界電壓屬於群組1120_1，則存儲器管理電路502會將此存儲單元分組至第三虛擬區塊，使得此存儲單元被配置為操作在Q階存儲單元模式。在本範例實施例中，Q為5，使得第三 虛擬區塊內的每一個存儲單元皆操作在5階存儲單元模式。舉例來說，在程序化第三虛擬區塊內的存儲單元之後，此些存儲單元的臨界電壓分布會包括五個狀態1141至1145，如圖11D所示。

請參照圖11E，存儲器管理電路502還會將臨界電壓對落於群組1110_1及1120_2內的存儲單元分組至另外的至少一虛擬區塊(以下也稱為第四虛擬區塊)。在本範例實施例中，每一個在第四虛擬區塊內的存儲單元皆被配置為操作在Q』階存儲單元模式。

具體來說，在存儲器管理電路502從構成臨界電壓分布1010和1020的存儲單元中選擇一個存儲單元之後，若所選擇的存儲單元的最抹除臨界電壓屬於群組1110_1並且此存儲單元的最程序化臨界電壓屬於群組1120_2，則存儲器管理電路502會將此存儲單元分組至第四虛擬區塊，使得此存儲單元會被配置為操作在Q』階存儲單元模式。舉例來說，在程序化第四虛擬區塊中的存儲單元之後，此些存儲單元的臨界電壓分布會包括五個狀態1151至1155，如圖11E所示。舉例來說，包含狀態1151至1155的臨界電壓分布類似於包含狀態1141至1145的臨界電壓分布。在此範例實施例中，Q和Q』是相同的整數。但是，在另一範例實施例中，Q和Q』不必是相同的整數。

在另一範例實施例中，第一臨界電壓分布(即，最抹除臨界電壓分布)及第二臨界電壓分布(即，最程序化臨界電壓分布)被分別分組成兩個以上的群組。舉例來說，存儲器管理電路502會分析第一臨界電壓分布和第二臨界電壓分布並且根據分析結果來決定第一臨界電壓群組的第一數量和第二臨界電壓群組的第二數量。

圖12是根據本發明的另一範例實施例所示出的分組程序的示意圖。

請參照圖12，存儲器管理電路502會將臨界電壓分布1210(即，最抹除臨界電壓分布)分組成四個群組1210_1至1210_4並且將臨界電壓分布1220(即，最程序化臨界電壓分布)分組成三個群組1220_1至1220_3。舉例來說，群組1210_1涵蓋電壓分布1211、群組1210_2涵蓋電壓分布1212、群組1210_3涵蓋電壓分布1213、並且群組1210_4涵蓋電壓分布1214；群組1220_1涵蓋電壓分布1221、群組1220_2涵蓋電壓分布1222、並且群組1220_3涵蓋電壓分布1223。

在本範例實施例中，臨界電壓對落於群組1210_1及1220_1內的存儲單 元會被分組到某一虛擬區塊，使得此存儲單元被配置為操作在MLC模式。臨界電壓對落在群組1210_2及1220_1(或者，群組1210_1及1220_2)內的存儲單元會被分組到另一虛擬區塊，使得此存儲單元會被配置為操作在(M+1)LC模式。臨界電壓對落在群組1210_3及1220_1(或者群組1210_1及1220_3、或者群組1210_2及1220_2)內的存儲單元會被分組到另一虛擬區塊，使得此存儲單元被配置為操作在(M+2)LC模式。臨界電壓對落在群組1210_4及1220_1(或者群組1210_1及1220_4、或者群組1210_2及1220_3、或者群組1210_3及1220_2)內的存儲單元會被分組到另一虛擬區塊，使得此存儲單元被配置為操作在(M+3)LC模式。臨界電壓對落在群組1210_4及1220_2(或者群組1210_2及1220_4)內的存儲單元會被分組到另一虛擬區塊，使得此存儲單元被配置為操作在(M+4)LC模式。臨界電壓對落在群組1210_4及1220_3內的存儲單元會被分組到另一虛擬區塊，使得此存儲單元被配置為操作在(M+5)LC模式。

圖13是根據本發明的又一範例實施例所示出的分組程序的示意圖。

請參照圖13，存儲器管理電路502會將臨界電壓分布1310(即，最抹除臨界電壓分布)分組成J個群組1310_1至1310_J並且將臨界電壓分布1320(即，最程序化臨界電壓分布)分組成K個群組1320_1至1320_K。也就是說，在本範例實施例中，第一數量是J，第二數量是K，其中J和K皆為大於1的整數。例如，臨界電壓對落在群組1210_j(0<j<J+1)和群組1220_k(0<k<K+1)之內的存儲單元會被分組到某一個虛擬區塊，使得此存儲單元被配置為操作在(M+j+k-2)LC模式。

在一範例實施例中，上述被分組的存儲單元是位於可複寫非易失性存儲器模塊406的至少一實體單元(也稱為第一實體單元)中。其中，每一個實體單元可以是一個實體地址、一個實體程序化單元或一個實體抹除單元。存儲器管理電路502會儲存對應於已分組的存儲單元的地址的分組信息至可複寫非易失性存儲器模塊406中另外的至少一個實體單元(也稱為第二實體單元)。其中，第二實體單元的可靠度會高於第一實體單元的可靠度。舉例來說，第一實體單元是包括於可複寫非易失性存儲器模塊406中的一使用者數據區，而第二實體單元則是包含於可複寫非易失性存儲器模塊406中的一系統數據區。使用者數據區是用於儲存來自主機系統11的使用者數據(例如，寫入數 據)，而系統數據區則是用於儲存系統數據(例如，各式管理表格)。

在一範例實施例中，第二實體單元中的每一個存儲單元皆僅操作在2LC模式。此外，在一範例實施例中，存儲器管理電路502僅針對第一實體單元中的存儲單元來執行上述提及的分組程序。

圖14是根據本發明的一範例實施例所示出的存儲器管理方法的流程圖。

請參照圖14，在步驟S1401中，獲得可複寫非易失性存儲器模塊中的存儲單元的第一臨界電壓分布。在步驟S1402中，將第一臨界電壓分布分組成多個第一臨界電壓群組。在步驟S1403中，獲得所述存儲單元的第二臨界電壓分布。在步驟S1404中，將第二臨界電壓分布分組成多個第二臨界電壓群組。其中，第一臨界電壓群組的端點臨界電壓小於第二臨界電壓群組的端點臨界電壓。在步驟S1405中，從所述存儲單元中選擇一個存儲單元。在步驟S1406中，若所選擇的存儲單元的一臨界電壓對屬於第一臨界電壓群組中的一特定群組以及第二臨界電壓群組中的一特定群組，將此存儲單元分配至一虛擬區塊，使得此存儲單元操作在一個特定階存儲單元模式。在步驟S1407中，確認是否有任何存儲單元還未被分組。若仍有至少一個存儲單元還未被分組，重複執行步驟S1405；若否，則結束分組程序。

然而，圖14中的每一個步驟已詳述於上，故在此便不重複贅述。其中值得注意的是，圖14中的每一個步驟可用程序碼或電路來實現。此外，圖14中所示的方法可與上述範例實施例一起實現或單獨執行，本發明不加以限制。

綜上所述，存儲單元的臨界電壓分布會被分組為多個第一臨界電壓群組和多個第二臨界電壓群組。藉此，每一個存儲單元會屬於一個特定的虛擬區塊以操作在適當的程序化模式。此外，每存儲單元的可靠度可在不顯著犧牲可複寫非易失性存儲器模塊的容量下得到改善。在一範例實施例中，通過使用虛擬區塊，多個存儲單元的實體位置所對應的實體邊界可被打破或跨越。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。