KR101471262B1 - 메모리 시스템의 카피백 최적화 - Google Patents

메모리 시스템의 카피백 최적화 Download PDF

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Abstract

비휘발성 메모리 서브시스템에 대한 카피백 또는 판독 동작에서, 데이터 페이지 변경 인디케이터들은, 비휘발성 메모리의 레지스터와 상기 비휘발성 메모리의 외부에 있는 제어기 사이에 데이터 페이지들을 전송하는 것을 관리하기 위해 사용된다.

Description

메모리 시스템의 카피백 최적화{COPYBACK OPTIMIZATION FOR MEMORY SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 메모리 시스템들에 관한 것이다.
플래쉬 메모리는, 전기적으로 소거가능한 프로그램가능 판독전용 메모리(EEPROM)의 한 종류이다. 플래쉬 메모리들은 비휘발성이고 비교적 고밀도이므로, 핸드헬드 컴퓨터, 모바일 폰, 디지털 카메라, 휴대용 음악 플레이어, 및 다른 저장 솔루션들(예컨대, 자기 디스크)이 부적절한 많은 다른 장치들의 파일들 및 다른 지속적 객체들을 저장하는데 사용된다. 플래쉬 메모리에 저장된 데이터가 처리될 때, 데이터 페이지가 플래쉬 메모리로부터 판독되어 레지스터에 저장된다. 레지스터의 콘텐트들은, 처리를 위하여 비휘발성 메모리의 외부에 있는 제어기로 전송된다. 처리된 데이터 페이지는, 처리된 데이터 페이지가 플래쉬 메모리에 다시 기록될 수 있도록 레지스터에 되돌려진다.
비휘발성 메모리 서브시스템의 카피백 또는 판독 동작에서, 데이터 페이지 변경 인디케이터들은, 비휘발성 메모리의 레지스터와 비휘발성 메모리 외부에 있는 제어기 간에 데이터 페이지들을 전송하는 것을 관리하는데 사용된다.
레지스터(110)의 모든 콘텐트들이 외부 제어기(116)에 전송되는 것을 피함으로써, 처리 시간 및 전력 소비가 감소될 수 있다.
도 1a는, 최적화된 카피백 프로세스를 구현하는 예시적인 메모리 시스템의 블록도이다.
도 1b는. 최적화된 카피백 프로세스를 구현하는 또 다른 예시적인 메모리 시스템의 블록도이다.
도 2는, 도 1a와 도 1b의 메모리 시스템들에 의해 사용되는 데이터 변경 인디케이터들을 계산하고 저장하기 위한 예시적인 최적화된 카피백 프로세스(200)의 흐름도이다.
도 3a 내지 도 3c는, 도 1a와 도 1b의 메모리 시스템들에 의해 구현되는 예시적인 최적화된 카피백 프로세스의 흐름도들이다.
도 4는, 도 1a와 도 1b의 메모리 시스템들에 의해 구현되는 예시적인 최적화된 판독 동작의 흐름도이다.
도 5는, 도 3a 내지 도 3c의 카피백 프로세스에 의해 사용되는 예시적인 데이터 구조들을 도시한다.
메모리 서브시스템들의 예들
도 1a는, 최적화된 카피백 프로세스를 구현하기 위한 예시적인 메모리 시스템(100)의 블록도이다. 일부 구현예들에서, 시스템(100)은, 외부 버스(122)(예컨대, ONFI(Open NAND Flash Interface), ATA)를 통해 호스트 디바이스(124)에 결합되는 메모리 서브시스템(102)을 포함할 수 있다. 호스트 디바이스(124)는, 스마트 폰, 미디어 플레이어, 텍스트 메시징 디바이스, 휴대용 컴퓨터, 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive), 디지털 카메라 등이 포함되는 임의의 전자 장치일수 있으나, 이들로만 제한되는 것은 아니다. 메모리 서브시스템(102)은, 임의의 비휘발성 메모리 서브시스템(예컨대, 매니지드 낸드(managed NAND))일 수 있다.
호스트 디바이스(124)는, 시스템-온-칩(SoC)(126) 및 휘발성 메모리(128)를 포함할 수 있다. SoC(126)는, 호스트 디바이스(124)에서 실행되는 애플리케이션들에 의해 행해지는 판독 및 기록 요청들을 전송하는 것과 같이, 메모리 서브시스템(102)와 상호작용하기 위한 하드웨어와 소프트웨어를 포함할 수 있다.
메모리 서브시스템(102)은, 비휘발성 메모리(104)("로우 메모리(raw memory)"라고도 칭해짐) 및 외부 제어기(116)를 포함할 수 있다. 메모리(104)는, 메모리 셀 어레이(106), 내부 상태 머신(108), 메모리 레지스터(110) 및 데이터 변경 인디케이터(DCI)(130)를 포함할 수 있다. 제어기(116)는, 프로세서(118), 휘발성 메모리(114) 및 에러 정정 코드(ECC) 엔진(120)을 포함할 수 있다. 메모리 서브시스템(102)에 대한 다른 구성들도 가능하다. 예를 들면, 캐쉬 레지스터는, 현재의 페이지가 내부 버스(112)를 통해 제어기(116)로 전송되는 동안, 내부 상태 머신이 메모리 셀 어레이(106)로부터 다음번 데이터 페이지를 판독하게 하기 위해, 메모리 셀 어레이(106) 및 메모리 레지스터(110) 사이의 데이터 경로 내에 포함될 수 있다.
도 1b는, 최적화된 카피백 프로세스를 구현하기 위한 또 다른 예시적인 메모리 시스템(130)의 블록도이다. 시스템(130)은, 메모리 서브시스템(102)만을 나타내며, 그 동작은 도 1a와 관련하여 기술되었다.
카피백 동작들
카피백은, 한 페이지에서 다른 페이지로 데이터를 옮기라는 메모리 서브시스템 커맨드일수 있다. 카피백은, 웨어 레벨링(wear leveling) 및 다른 비휘발성 메모리 관리 동작들에서 사용될 수 있다. 통상의 카피백 동작에서, 데이터 페이지는, 메모리 셀 어레이(106)로부터 판독되어, 내부 상태 머신에 의해 메모리 레지스터(110)에 저장된다. 외부 제어기(116)는, 프로세서(118)가 데이터 페이지에 대해 원하는 연산(예컨대, ECC 연산)을 수행할 수 있도록, 메모리 레지스터(110)로부터 데이터 페이지를 판독하거나, 클로킹한다. 처리된 데이터 페이지는, 제어기(116)에 의해 메모리 레지스터(110)에 다시 기록될 수 있다. 내부 상태 머신(108)은, 메모리 레지스터(110)의 콘텐트들을 메모리 셀 어레이(106) 내의 새로운 데이터 페이지에 기록할 수 있다. 레지스터(110)의 모든 콘텐트들이 외부 제어기(116)에 전송되는 것을 피함으로써, 처리 시간 및 전력 소비가 감소될 수 있다.
새로운 데이터 페이지들의 기록에 대한 예시적인 프로세스
도 2는, 도 1a와 도 1b의 메모리 시스템들에 의해 사용되는 데이터 변경 인디케이터들을 계산하고 저장하기 위한 예시적인 최적화된 카피백 프로세스(200)의 흐름도이다. 일부 구현예들에서, 프로세스(200)는, 새로운 데이터 페이지가 메모리 서브시스템의 메모리 레지스터 내로 전송될 때 시작될 수 있다(단계 202). 데이터 페이지에 대한 DCI가 계산되어, 메모리 서브시스템에 저장될 수 있다(단계 204). 데이터 변경 인디케이터들의 일부 예들에는, 체크섬, 해밍 코드, 패리티 비트, CRC(cyclic redundancy check), 폴래러티 심볼 리버설(polarity symbol reversal), 터보 코드 등을 비롯하여 (이들로만 제한되지는 않음) 에러 검출 코드들(EDCs)이포함될 수 있다. EDC는, 리드-솔로몬(Reed-Solomon) 코드, 리드-뮬러(Reed-Muller) 코드, 바이너리 골레이(Binary Golay) 코드, 및 저-밀도 패리티-체크 코드(low-density parity-check codes)들과 같이, ECC의 일부일 수도 있다. DCI들이 계산되고 저장된 후에, 레지스터의 콘텐트들은 비휘발성 메모리에 기록될 수 있다(단계 206). DCI들은, 도 3a 내지 도 3c와 관련하여 기술된, 최적화된 카피백 프로세스에 사용될 수 있다.
최적화된 카피백 프로세스의 예
도 3a 내지 도 3c는, 도 1a와 도 1b의 메모리 시스템들에 의해 구현되는 예시적인 최적화된 카피백 프로세스(300)의 흐름도들이다. 일부 구현예들에서, 프로세스(300)는, 비휘발성 메모리(예컨대, 메모리 셀 어레이(106))로부터 데이터 페이지를 판독하고 메모리 레지스터(예컨대, 레지스터(110))에 데이터 페이지를 저장함으로써 시작될 수 있다(단계 302). DCI(예컨대, DCI(130))는, 메모리 레지스터의 데이터 페이지를 위해 검증될 수 있다(단계 304). 일부 구현예들에서, DCI는, 데이터 페이지가 (예컨대, 프로세스(200)를 이용하여) 비휘발성 메모리에 최초로 기록되는 경우, 미리 계산되어 메모리 서브시스템에 저장될 수 있다. 다른 구현예들에서, DCI는, 판독 동작의 일부로서 또는 별개의 동작으로서 "온 더 플라이(on the fly)"로 계산될 수 있다. 메모리 서브시스템은, 판독 동작이 완료되었다는 것을 외부 제어기(예컨대, 외부 제어기(116)에 보고할 수 있다(단계 306).
레지스터의 데이터 페이지에 대한 DCI가, 데이터 페이지가 변경되었다는 것을 가리킨다면(단계 308), 데이터 페이지가 외부 제어기로 전송될 수 있고(단계 310), ECC가 데이터 페이지에 대해 계산될 수 있으며(단계 312), 그리고 데이터 페이지에 대한 ECC 정보가 외부 제어기에서 정정될 수 있다(단계 314). 데이터 페이지 및 연관된 ECC는, 메모리 레지스터로 다시 전송될 수 있다(단계 316). 새로운 DCI가, 메모리 레지스터의 데이터 페이지에 대해 계산될 수 있다(단계 318).
레지스터의 데이터 페이지에 대한 DCI가, 데이터 페이지가 변경되지 않았다는 것을 가리킨다면(단계 308), 데이터 페이지와 연관된 새로운 메타데이터에 대한 ECC가 계산될 수 있다(단계 320). 새로운 메타데이터 및 연관된 ECC는, 메모리 레지스터로 전송될 수 있다(단계 322). 메모리 레지스터의 메타데이터에 대한 새로운 DCI가 계산될 수 있다(단계 324). 메모리 레지스터의 콘텐트들은, 비휘발성 메모리의 새로운 데이터 페이지에 기록될 수 있다(단계 326).
최적화된 판독 동작
도 4는, 도 1a와 도 1b의 메모리 시스템들에 의해 구현되는 예시적인 최적화된 판독 동작의 흐름도이다. 일부 구현예들에서, 프로세스(400)는, 비휘발성 메모리로부터 데이터 페이지를 판독하고 메모리 레지스터에 데이터 페이지를 저장함으로써 시작될 수 있다(단계 402). 데이터 페이지와 연관되는 미리 계산된 DCI는, 메모리 서브시스템의 저장 위치로부터 메모리 레지스터 내로 클록킹되어 검증될 수 있다(단계 404). DCI는 또한 "온 더 플라이"로 계산될 수 있다. DCI의 상태가, 데이터 페이지가 변경되었는지를 판정하기 위하여 판독될 수 있다(단계 406).
데이터 페이지가 변경되었다면(단계 408), 데이터 페이지와 연관된 새 메타데이터에 대한 ECC가 계산되어, 새 메타데이터와 함께 메모리 레지스터로 전송될 수 있다(단계 412). 메모리 레지스터의 메타데이터에 대한 새로운 DCI가 계산될 수 있고, 레지스터의 콘텐트들이 비휘발성 메모리의 새로운 데이터 페이지에 기록될 수 있다(단계 414).
데이터 페이지가 변경되지 않았다면(단계 408), 메모리 레지스터의 콘텐트들은 외부 제어기로 전송될 수 있고, ECC는 외부 제어기에 의해 계산될 수 있다(단계 410). 데이터 페이지와 연관된 새 메타데이터에 대한 ECC가 계산되어, 외부 제어기에 의해 새 메타데이터와 함께 메모리 레지스터로 전송될 수 있다(단계 412). 메모리 레지스터의 메타데이터에 대한 새 DCI가 계산될 수 있고, 레지스터의 콘텐트들은 비휘발성 메모리의 새 데이터 페이지에 기록될 수 있다(단계 414).
데이터 구조들의 예
도 5는, 도 3a 내지 도 3c의 카피백 프로세스에 의해 사용되는 예시적인 데이터 구조들을 도시한다. 도시된 예에서, 비휘발성 메모리의 데이터 페이지(500)에는, 메타데이터(502), 메타데이터 ECC(504), 데이터(506) 및 데이터 ECC(508)가포함된다. 데이터가 변경되지 않았다면, 메타데이터(502)와 메타데이터 ECC(504) 만이 처리를 위해 레지스터에서 외부 제어기(510)로 전송된다. 처리된 메타데이터(502) 및 메타데이터 ECC(504)는, 메모리 서브시스템으로 다시 전송되어, 메모리 레지스터에 저장된다. 그 후에, 데이터 페이지는, 비휘발성 메모리(예컨대, 메모리 셀 어레이)의 새 데이터 페이지에 기록될 수 있다.
많은 구현예들이 기술되었다. 그럼에도, 다양한 변경들이 행해질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들면, 하나 이상의 구현예들의 엘리먼트들은, 결합되거나, 생략되거나, 변경되거나, 또는 추가적인 구현예들을 형성하도록 보충될 수 있다. 또 다른 예들에서와 같이, 도면들에 도시된 논리 흐름들은, 원하는 결과들을 달성하기 위해, 도시된 특정 순서 또는 순차적인 순서를 요구하지 않는다. 또한, 다른 단계들이 제공될 수 있고, 또는 기술된 흐름들에서 단계들이 제거될 수 있으며, 다른 컴포넌트들이 기술된 시스템들에 첨가되거나 제거될 수 있다. 따라서, 다른 구현예들은, 다음의 청구항들의 범위 내에 있게 된다.
100: 메모리 시스템
102: 메모리 서브시스템
104: 비휘발성 메모리
106: 메모리 셀 어레이
108: 내부 상태 머신
110: 메모리 레지스터
112: 내부 버스
114: 휘발성 메모리
116: 외부 제어기
118: 프로세서
120: 에러 정정 코드(ECC) 엔진
122: 외부 버스
124: 호스트 디바이스
126: 시스템-온-칩(SoC)
128: 휘발성 메모리
130: 데이터 변경 인디케이터(DCI)

Claims (15)

  1. 메모리 서브시스템에 대한 카피백 동작(copyback operation)을 수행하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
    비휘발성 메모리에 의해, 데이터 페이지를 수신하는 단계 - 상기 데이터 페이지는 데이터, 메타데이터, 상기 데이터에 대한 에러 정정 코드(Error Correction Code) 및 상기 메타데이터에 대한 에러 정정 코드를 포함함 - ;
    상기 비휘발성 메모리에 의해, 상기 데이터 페이지를 레지스터 내에 저장하는 단계;
    상기 비휘발성 메모리에 의해, 상기 데이터 페이지에 대한 데이터 변경 인디케이터(data change indicator)를 계산하는 단계;
    상기 비휘발성 메모리에 의해, 상기 데이터 변경 인디케이터를 저장하는 단계;
    상기 비휘발성 메모리에 의해, 상기 레지스터의 내용을 상기 비휘발성 메모리의 제1 위치에 기록하는 단계;
    상기 비휘발성 메모리에 의해, 상기 데이터 페이지를 상기 비휘발성 메모리의 상기 제1 위치로부터 획득하는 단계;
    상기 비휘발성 메모리에 의해, 상기 획득된 데이터 페이지를 상기 레지스터에 저장하는 단계;
    상기 비휘발성 메모리에 의해, 상기 획득된 데이터 페이지가 변경되었는지 여부를 판정하는 단계;
    상기 비휘발성 메모리에 의해, 상기 획득된 데이터 페이지가 변경되었다는 판정에 응답하여 상기 획득된 데이터 페이지를 제어기로 전송하는 단계;
    상기 비휘발성 메모리에 의해, 상기 획득된 데이터 페이지가 변경되지 않았다는 판정에 응답하여 상기 획득된 데이터 페이지의 메타데이터를 상기 제어기로 전송하는 단계;
    상기 제어기에 의해, 상기 획득된 데이터 페이지를 처리하는 단계;
    상기 제어기에 의해, 상기 획득된 데이터 페이지의 상기 메타데이터를 처리하는 단계;
    상기 제어기에 의해, 상기 레지스터의 내용을 상기 처리된 데이터 페이지로 갱신하는 단계;
    상기 제어기에 의해, 상기 레지스터의 내용을 상기 처리된 메타데이터로 갱신하는 단계; 및
    상기 비휘발성 메모리에 의해, 상기 레지스터의 갱신된 내용을 상기 비휘발성 메모리의 제2 위치에 기록하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 획득된 데이터 페이지가 변경되었는지 여부를 판정하는 단계는 상기 데이터 변경 인디케이터를 판독하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 데이터 변경 인디케이터는 에러 검출 코드(error detection code)와 연관된, 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 획득된 데이터 페이지가 변경되었는지 여부를 판정하는 단계는 상기 획득된 데이터 페이지에 대한 새로운 데이터 변경 인디케이터를 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 카피백 동작을 수행하는 장치로서,
    제어기; 및
    메모리 어레이와 레지스터를 포함하는 비휘발성 메모리
    를 포함하고,
    상기 비휘발성 메모리는,
    데이터 페이지를 수신하고 - 상기 데이터 페이지는 데이터, 메타데이터, 상기 데이터에 대한 에러 정정 코드 및 상기 메타데이터에 대한 에러 정정 코드를 포함함 -,
    상기 데이터 페이지를 상기 레지스터에 저장하고,
    상기 데이터 페이지에 대한 데이터 변경 인디케이터를 생성하고,
    상기 데이터 변경 인디케이터를 저장하고,
    상기 레지스터의 내용을 상기 메모리 어레이 내의 제1 위치에 기록하고,
    상기 데이터 페이지를 상기 메모리 어레이의 상기 제1 위치로부터 획득하고,
    상기 획득된 데이터 페이지를 상기 레지스터 내에 저장하고,
    상기 획득된 데이터 페이지가 변경되었는지를 판정하고,
    상기 획득된 데이터 페이지가 변경되었다는 판정에 응답하여 상기 획득된 데이터 페이지를 상기 제어기로 전송하고,
    상기 획득된 데이터 페이지가 변경되지 않았다는 판정에 응답하여 상기 획득된 데이터 페이지의 메타데이터를 상기 제어기로 전송하도록 구성되고,
    상기 제어기는,
    상기 획득된 데이터 페이지를 처리하고,
    상기 획득된 데이터 페이지의 상기 메타데이터를 처리하고,
    상기 레지스터의 내용을 상기 처리된 데이터 페이지로 갱신하고,
    상기 레지스터의 내용을 상기 처리된 메타데이터로 갱신하도록 구성되고,
    상기 비휘발성 메모리는 상기 레지스터의 갱신된 내용을 상기 메모리 어레이의 제2 위치에 기록하도록 더 구성되는,
    장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 비휘발성 메모리는 상기 레지스터 내에 상기 데이터 페이지를 저장하도록 구성되는 내부 상태 머신(internal state machine)을 더 포함하는, 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제어기는 에러 정정 코드 엔진을 더 포함하는, 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 에러 정정 코드 엔진은 상기 획득된 데이터 페이지의 상기 메타데이터에 대한 에러 정정 코드를 생성하도록 구성되는, 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 획득된 데이터 페이지가 상기 비휘발성 메모리를 변경하였는지를 판정하는 것은 상기 획득된 데이터 페이지에 대한 새로운 데이터 변경 인디케이터를 계산하도록 더 구성되는, 장치.
  11. 메모리 서브시스템으로서,
    데이터 페이지를 수신하기 위한 수단 - 상기 데이터 페이지는 데이터, 메타데이터, 상기 데이터에 대한 에러 정정 코드 및 상기 메타데이터에 대한 에러 정정 코드를 포함함 - ;
    상기 데이터 페이지를 상기 메모리 서브시스템의 비휘발성 메모리의 레지스터 내에 저장하기 위한 수단;
    상기 데이터 페이지에 대한 데이터 변경 인디케이터를 계산하기 위한 수단;
    상기 데이터 변경 인디케이터를 저장하기 위한 수단;
    상기 데이터 페이지를 상기 비휘발성 메모리의 제1 위치에 기록하기 위한 수단;
    상기 데이터 페이지를 상기 비휘발성 메모리의 상기 제1 위치로부터 획득하기 위한 수단;
    상기 획득된 데이터 페이지를 상기 레지스터 내에 저장하기 위한 수단;
    상기 획득된 데이터 페이지가 변경되었는지 여부를 판정하기 위한 수단;
    상기 획득된 데이터 페이지가 변경되었다는 판정에 응답하여 상기 획득된 데이터 페이지를 제어기로 전송하기 위한 수단;
    상기 획득된 데이터 페이지가 변경되지 않았다는 판정에 응답하여 상기 획득된 데이터 페이지의 메타데이터를 상기 제어기로 전송하기 위한 수단;
    상기 전송된 데이터 페이지를 처리하기 위한 수단;
    상기 전송된 메타데이터를 처리하기 위한 수단;
    상기 처리된 데이터 페이지를 수신하기 위한 수단;
    상기 데이터 페이지의 상기 처리된 메타데이터를 수신하기 위한 수단;
    상기 레지스터의 내용을 상기 처리된 데이터 페이지로 갱신하기 위한 수단;
    상기 레지스터의 내용을 상기 데이터 페이지의 상기 처리된 메타데이터로 갱신하기 위한 수단; 및
    상기 레지스터의 갱신된 내용을 상기 비휘발성 메모리의 제2 위치에 기록하기 위한 수단;
    을 포함하는 메모리 서브시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 판정하기 위한 수단은 상기 저장된 데이터 변경 인디케이터를 조사하기 위한 수단을 포함하는, 메모리 서브시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 판정하기 위한 수단은 새로운 데이터 변경 인디케이터를 계산하기 위한 수단을 포함하는, 메모리 서브시스템.
  14. 삭제
  15. 제11항에 있어서, 상기 전송된 메타데이터를 처리하기 위한 수단은 상기 전송된 메타데이터에 대한 에러 정정 코드를 생성하기 위한 수단을 포함하는, 메모리 서브시스템.
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