KR20150020385A - 데이터 저장 장치, 그것의 동작 방법 및 그것을 포함하는 데이터 처리 시스템 - Google Patents

데이터 저장 장치, 그것의 동작 방법 및 그것을 포함하는 데이터 처리 시스템 Download PDF

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KR20150020385A
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Abstract

본 발명은 데이터 저장 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 병합 동작을 효율적으로 수행할 수 있는 데이터 저장 장치 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다. 상기 데이터 저장 장치는, 불휘발성 메모리 장치; 및 외부 장치의 요청에 따라서 상기 불휘발성 메모리 장치의 동작을 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다. 상기 컨트롤러는 상기 불휘발성 메모리 장치에 대한 읽기 동작이 수행될 때 제공되는 에러 카운트에 근거하여 병합 동작을 수행하기 위한 희생 메모리 블럭을 설정하고, 설정된 희생 메모리 블럭의 정보를 저장하도록 구성된 희생 블럭 설정 유닛을 포함한다.

Description

데이터 저장 장치, 그것의 동작 방법 및 그것을 포함하는 데이터 처리 시스템{DATA STORAGE DEVICE, OPERATING METHOD THEREOF AND DATA PROCESSING SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 데이터 저장 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 병합 동작을 효율적으로 수행할 수 있는 데이터 저장 장치, 그것의 동작 방법 및 그것을 포함하는 데이터 처리 시스템에 관한 것이다.
최근 컴퓨터 환경에 대한 패러다임(paradigm)이 언제, 어디서나 컴퓨터 시스템을 사용할 수 있도록 하는 유비쿼터스 컴퓨팅(ubiquitous computing)으로 전환되고 있다. 이로 인해 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등과 같은 휴대용 전자 장치의 사용이 급증하고 있다. 이와 같은 휴대용 전자 장치는 일반적으로 메모리 장치를 이용하는 데이터 저장 장치를 사용한다. 데이터 저장 장치는 휴대용 전자 장치의 주 기억 장치 또는 보조 기억 장치로 사용된다.
메모리 장치를 이용한 데이터 저장 장치는 기계적인 구동부가 없어서 안정성 및 내구성이 뛰어나며 정보의 액세스 속도가 매우 빠르고 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 이러한 장점을 갖는 데이터 저장 장치는 USB(Universal Serial Bus) 메모리 장치, 다양한 인터페이스를 갖는 메모리 카드, 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive, 이하, SSD라 칭함)를 포함한다.
휴대용 전자 장치에서 음악, 동영상 등과 같은 대용량 파일들이 재생됨에 따라 데이터 저장 장치 역시 큰 저장 용량을 갖도록 요구된다. 데이터 저장 장치는 큰 저장 용량을 확보하기 위해서 메모리 셀의 집적도가 높은 메모리 장치, 예를 들면, 불휘발성 메모리 장치의 하나인 플래시 메모리 장치를 포함한다.
플래시 메모리 장치는 구조적인 특징으로 인해서 데이터 덮어쓰기(overwrite)를 지원하지 않는다. 즉, 프로그램된 상태의 메모리 셀의 데이터를 갱신하는 것이 불가능하다. 따라서, 플래시 메모리에 데이터를 프로그램하기 위해서는 소거 동작이 선행되어야 한다. 이를 프로그램 전 소거 동작(erase before program)이라 한다. 즉, 플래시 메모리 장치의 프로그램된 상태의 메모리 셀은 데이터가 프로그램되기 전에, 초기 상태 또는 소거 상태로 되돌려져야 한다.
그러나 플래시 메모리 장치의 소거 동작은 긴 시간을 필요로 한다. 그러한 까닭에, 플래시 메모리 장치를 제어하는 데이터 저장 장치의 컨트롤러는 프로그램된 상태의 메모리 셀을 소거한 후, 소거된 메모리 셀에 데이터를 다시 프로그램하지 않는다. 대신, 데이터 저장 장치의 컨트롤러는 프로그램된 상태의 메모리 셀에 쓰여질 데이터를 소거 상태로 되돌려진 다른 메모리 셀에 프로그램한다.
데이터 저장 장치 컨트롤러의 이러한 동작으로 인해서, 플래시 메모리 장치의 메모리 셀들은 유효한 데이터와 무효한 데이터 모두를 저장하게 된다. 경우에 따라서, 데이터 저장 장치의 컨트롤러는 유효한 데이터들을 한 곳에 모으고, 무효한 데이터들을 소거하는 병합 동작을 수행한다.
본 발명의 실시 예는 병합 동작을 효율적으로 수행할 수 있는 데이터 저장 장치, 그것의 동작 방법 및 그것을 포함하는 데이터 처리 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치는, 불휘발성 메모리 장치; 및 외부 장치의 요청에 따라서 상기 불휘발성 메모리 장치의 동작을 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다. 상기 컨트롤러는 상기 불휘발성 메모리 장치에 대한 읽기 동작이 수행될 때 제공되는 에러 카운트에 근거하여 병합 동작을 수행하기 위한 희생 메모리 블럭을 설정하고, 설정된 희생 메모리 블럭의 정보를 저장하도록 구성된 희생 블럭 설정 유닛을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 희생 블럭 설정 유닛을 포함하는 데이터 저장 장치의 동작 방법은, 상기 희생 블럭 설정 유닛에 저장된 희생 블럭 정보를 참조하여 최초 희생 블럭을 선택하는 단계; 상기 최초 희생 블럭의 에러 카운트와 기준 값의 비교 결과에 따라서 상기 최초 희생 블럭을 최종 희생 블럭으로 선택하거나, 희생 블럭을 재검색하고 재검색한 결과에 근거하여 최종 희생 블럭을 선택하는 단계; 상기 최종 희생 블럭의 유효 데이터가 복사될 병합 블럭을 선택하는 단계; 및 상기 최종 희생 블럭의 유효 데이터를 상기 병합 블럭으로 복사하는 병합 동작을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템은, 호스트 장치; 및 상기 호스트 장치에 의해서 처리되는 데이터를 저장하도록 구성된 데이터 저장 장치를 포함한다. 상기 데이터 저장 장치는, 불휘발성 메모리 장치; 및 상기 호스트 장치의 요청에 따라서 상기 불휘발성 메모리 장치의 동작을 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다. 상기 컨트롤러는 상기 불휘발성 메모리 장치에 대한 읽기 동작이 수행될 때 제공되는 에러 카운트에 근거하여 병합 동작을 수행하기 위한 희생 메모리 블럭을 설정하고, 설정된 희생 메모리 블럭의 정보를 저장하도록 구성된 희생 블럭 설정 유닛을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면 병합 동작을 효율적으로 수행할 수 있기 때문에데이터 저장 장치의 동작 속도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치를 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치의 컨트롤러를 예시적으로 보여주는 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 희생 블럭 설정 유닛의 동작을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 4는 도 2의 동작 메모리 장치에서 구동되는 펌웨어를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치의 동작 방법을 예시적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)를 예시적으로 보여주는 블럭도이다.
도 8은 도 7에 도시된 SSD 컨트롤러를 예시적으로 보여주는 블럭도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치가 장착되는 컴퓨터 시스템을 예시적으로 보여주는 블럭도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 본 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나. 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미 한정이나 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
본 명세서에서 '및/또는'이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, '연결되는/결합되는'이란 표현은 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성 요소를 통해서 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 '포함한다' 또는 '포함하는'으로 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및 소자의 존재 또는 추가를 의미한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치를 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 데이터 처리 시스템(100)은 호스트 장치(110) 및 데이터 저장 장치(120)를 포함할 수 있다.
호스트 장치(110)는 휴대폰, MP3 플레이어 등과 같은 휴대용 전자 장치들 또는 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 게임기, TV, 빔 프로젝터 등과 같은 전자 장치들을 포함할 수 있다.
데이터 저장 장치(120)는 호스트 장치(110)의 요청에 응답하여 동작하도록 구성될 수 있다. 데이터 저장 장치(120)는 호스트 장치(110)에 의해서 액세스 또는 처리되는 데이터를 저장하도록 구성될 수 있다. 즉, 데이터 저장 장치(120)는 호스트 장치(110)의 주 기억 장치 또는 보조 기억 장치로 사용될 수 있다. 데이터 저장 장치(120)는 메모리 시스템이라고도 불릴 수 있다. 데이터 저장 장치(120)는 메모리 카드로 구성될 수 있다. 데이터 저장 장치(120)는 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive: SSD)로 구성될 수 있다. 데이터 저장 장치(120)는 다양한 인터페이스를 통해 호스트 장치(110)와 연결될 수 있다.
데이터 저장 장치(120)는 컨트롤러(130) 및 불휘발성 메모리 장치(140)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(130)는 호스트 장치(110)로부터의 요청에 응답하여 불휘발성 메모리 장치(140)를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(130)는 불휘발성 메모리 장치(140)로부터 독출된 데이터를 호스트 장치(110)로 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 컨트롤러(130)는 호스트 장치(110)로부터 제공된 데이터를 불휘발성 메모리 장치(140)에 저장하도록 구성될 수 있다. 이러한 동작을 위해서, 컨트롤러(130)는 불휘발성 메모리 장치(140)의 읽기, 프로그램(또는, 쓰기) 및 소거 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
불휘발성 메모리 장치(140)는 데이터 저장 장치(120)의 저장 매체로서 동작할 수 있다. 이하에서, 낸드(NAND) 플래시 메모리 장치로 구성된 불휘발성 메모리 장치(140)가 예시될 것이다. 그러나, 불휘발성 메모리 장치(140)는 노어(NOR) 플래시 메모리 장치, 강유전체 커패시터를 이용한 강유전체 램(Ferroelectric RAM: FRAM), 티엠알(tunneling magneto-resistive: TMR) 막을 이용한 마그네틱 램(Magnetic RAM: MRAM), 칼코겐 화합물(chalcogenide alloys)을 이용한 상 변화 메모리 장치(phase change memory device: PRAM), 전이 금속 산화물(transition metal oxide)을 이용한 저항성 메모리 장치(resistive memory device: RERAM) 등과 같은 다양한 형태의 불휘발성 메모리 장치들 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 불휘발성 메모리 장치(140)는 낸드 플래시 메모리 장치와, 위에서 언급한 다양한 형태의 불휘발성 메모리 장치가 조합된 형태로 구성될 수 있다.
컨트롤러(130)는 데이터 저장 장치(120)의 제반 동작을 제어하기 위한 펌웨어 또는 소프트웨어를 구동하도록 구성될 수 있다. 불휘발성 메모리 장치(140)는 구조적인 특징으로 인해서 페이지(page) 단위로 읽기 또는 프로그램 동작을 수행할 수 있다. 또한, 불휘발성 메모리 장치(140)는 구조적인 특징으로 인해서 블럭(BLK0~BLKn, 141) 단위로 소거 동작을 수행할 수 있다. 불휘발성 메모리 장치(140)는 구조적인 특징으로 인해서 덮어쓰기(overwrite)가 불가능할 수 있다. 이는, 데이터가 저장된 불휘발성 메모리 장치(140)의 메모리 셀은 새로운 데이터를 저장하기 위해서 소거되어야 함을 의미할 수 있다. 불휘발성 메모리 장치(140)의 이러한 특징들 때문에, 컨트롤러(130)는 플래시 변환 계층(flash translation layer: FTL)이라 불리는 추가적인 펌웨어를 구동하도록 구성될 수 있다.
플래시 변환 계층(FTL)은 호스트 장치(110)의 파일 시스템으로부터 요청되는 액세스(예를 들면, 읽기 및 쓰기 동작)에 응답하여 데이터 저장 장치(120)가 동작할 수 있도록, 불휘발성 메모리 장치(140)의 읽기, 프로그램, 소거 동작을 관리할 수 있다. 또한, 플래시 변환 계층(FTL)은 불휘발성 메모리 장치(140)의 특성에 기인한 부수적인 동작을 관리할 수 있다. 예시적으로, 플래시 변환 계층(FTL)은 덮어쓰기가 불가능한 특성에 기인한 가비지 컬렉션(garbage collection) 동작을 관리할 수 있다. 다른 예로서, 플래시 변환 계층(FTL)은 프로그램 및 소거 횟수가 제한된 특성에 기인한 웨어-레벨링(wear-leveling) 동작을 관리할 수 있다. 또 다른 예로서, 플래시 변한 계층(FTL)은 결함이 발생된 블럭을 허용하는 특성에 기인한 배드 블럭(bad block) 관리 동작을 관리할 수 있다.
플래시 변환 계층(FTL)은 불휘발성 메모리 장치(140)의 특성에 기인한 부수적인 동작들(예를 들면, 가비지 컬렉션 동작, 웨어-레벨링 동작, 배드 블럭 관리 동작 등)을 수행하는 동안 병합 동작을 수행할 수 있다. 이러한 병합 동작은 유효 데이터들을 한 곳에 모으고, 무효 데이터들을 소거하거나 무효화시키는 동작을 통해서 이루어질 수 있다. 예를 들면, 병합 동작은 병합 동작이 수행될 메모리 블럭(이하, 희생 블럭(victim block)이라 칭함)의 유효 데이터를 프리(free) 메모리 블럭(이하, 병합 블럭(merge block)이라 칭함)으로 복사하는 동작을 포함할 수 있다. 또한, 병합 동작은 유효 데이터가 복사된 희생 블럭을 소거하는 동작을 통해서 희생 블럭을 프리 메모리 블럭으로 만들거나, 희생 블럭을 배드 블럭 처리하는 동작을 포함할 수 있다.
병합 동작을 수행하기 위해서, 메모리 블럭들(BLK0~BLKn, 141) 중에서 어떠한 메모리 블럭을 희생 블럭으로 선택할지 선행되어야 할 것이다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 희생 블럭 설정 유닛(137)은 메모리 블럭들(BLK0~BLKn, 141) 또는 메모리 블럭들(BLK0~BLKn, 141)에 포함된 페이지들의 에러 카운트에 근거하여 희생 블럭을 설정하고 희생 블럭 정보를 저장하도록 구성된다. 희생 블럭 설정 유닛(137)은 하드웨어적으로 구성될 수 있다. 또는 희생 블럭 설정 유닛(137)은 하드웨어와 소프트웨어가 혼합된 형태로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치의 컨트롤러를 예시적으로 보여주는 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 컨트롤러(130)는 동작 메모리 장치(131), 마이크로 컨트롤 유닛(MCU, 133), , 에러 정정 코드(error correction code: ECC) 유닛(135) 및 희생 블럭 설정 유닛(137)을 포함할 수 있다.
동작 메모리 장치(131)는 컨트롤러(130)의 동작에 필요한 펌웨어(또는 소프트웨어) 및 데이터를 저장하도록 구성될 수 있다. 동작 메모리 장치(131)는 호스트 장치(110)로부터 불휘발성 메모리 장치(140)로 또는 불휘발성 메모리 장치(140)로부터 호스트 장치(110)로 전송될 데이터를 임시 저장하도록 구성될 수 있다. 즉, 동작 메모리 장치(131)는 버퍼 메모리 장치 또는 캐시(cache) 메모리 장치로서 동작할 수 있다.
마이크로 컨트롤 유닛(133)은 동작 메모리 장치(131)에 로딩된 펌웨어(또는 소프트웨어)의 구동을 통해서 컨트롤러(130)의 제반 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
ECC 유닛(135)은 불휘발성 메모리 장치(도 1의 140)로부터 독출된 데이터의 에러를 검출하고 정정하도록 구성될 수 있다. ECC 유닛(135)은 하드웨어 또는 소프트웨어 중 어느 하나의 형태로 구현될 수 있다. 또는 ECC 유닛(135)은 하드웨어와 소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있다.
희생 블럭 설정 유닛(137)은 희생 블럭 정보 저장부(137A) 및 희생 블럭 설정 제어부(137B)를 포함할 수 있다. 희생 블럭 정보 저장부(137A)는 희생 블럭 정보, 예를 들면, 희생 블럭으로 설정된 메모리 블럭의 어드레스와 희생 블럭으로 설정된 메모리 블럭의 에러 카운트를 저장하도록 구성될 수 있다. 희생 블럭 설정 제어부(137B)는 독출된 데이터의 에러 카운트를 ECC 유닛(135)으로부터 제공받고, 제공된 에러 카운트와 희생 블럭 정보 저장부(137A)에 저장된 에러 카운트를 비교하도록 구성될 수 있다. 희생 블럭 설정 제어부(137B)는 에러 카운트의 비교 결과에 따라서 희생 블럭 정보 저장부(137A)에 저장된 희생 블럭 정보, 즉, 메모리 블럭 어드레스와 에러 카운트를 갱신하도록 구성될 수 있다.
에러 카운트는 독출된 데이터의 정정된 에러 비트의 수를 의미할 수 있다. 또는, 에러 카운트는 독출된 데이터로부터 검출된 에러 비트의 수를 의미할 수 있다. 예를 들면, 에러 카운트는 독출된 데이터의 정정 가능한 에러 비트의 수를 의미할 수 있다. 다른 예로서, 에러 카운트는 독출된 데이터의 정정 불가능한 에러 비트의 수를 의미할 수 있다. 에러 카운트는 메모리 블럭에 포함된 페이지들 중에서 가장 많은 에러를 내포한 페이지의 에러 카운트를 의미할 수 있다. 또는 에러 카운트는 메모리 블럭에 포함된 모든 페이지의 에러 카운트를 합산한 것을 의미할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 희생 블럭 설정 유닛의 동작을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여, 희생 블럭 설정 유닛(137)의 희생 블럭 설정 동작이 상세히 설명될 것이다.
S110 단계에서, 희생 블럭 설정 제어부(137B)는 읽기 동작이 수행되었는지의 여부를 판단할 수 있다. 읽기 동작이 수행되지 않은 것으로 판단된 경우(아니오), 에러 카운트가 제공될 수 없기 때문에, 희생 블럭 설정 동작은 종료될 수 있다. 반면, 읽기 동작이 수행된 것으로 판단된 경우(예), 독출된 데이터의 에러 카운트가 제공될 수 있기 때문에, 절차는 S120 단계로 진행될 것이다.
S120 단계에서, 희생 블럭 설정 제어부(137B)는 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)으로부터 읽기 동작이 수행된 어드레스를 수신하고, ECC 유닛(135)으로부터 독출된 데이터의 에러 카운트를 수신할 수 있다. 희생 블럭 설정 제어부(137B)는 읽기 동작이 수행된 페이지의 어드레스를 읽기 동작이 수행된 어드레스로서 제공받을 수 있다. 또는 희생 블럭 설정 제어부(137B)는 읽기 동작이 수행된 페이지를 포함하는 메모리 블럭의 어드레스를 읽기 동작이 수행된 어드레스로서 제공받을 수 있다.
S130 단계에서, 희생 블럭 설정 제어부(137B)는 수신된 에러 카운트가 희생 블럭 정보 저장부(137A)에 저장된 희생 블럭 정보의 에러 카운트보다 많거나 같은지의 여부를 판단할 수 있다. 수신된 에러 카운트가 희생 블럭 정보의 에러 카운트보다 적은 경우(아니오), 희생 블럭 정보는 변경되지 않고, 희생 블럭 설정 동작은 종료될 수 있다. 그러한 까닭에 현재의 희생 블럭이 유지될 수 있다. 반면, 수신된 에러 카운트가 희생 블럭 정보의 에러 카운트보다 많거나 같은 경우(예), 새로운 희생 블럭이 설정되도록 절차는 S140 단계로 진행될 것이다.
S140 단계에서, 희생 블럭 설정 제어부(137B)는 희생 블럭 정보 저장부(137A)에 저장된 희생 블럭 정보의 에러 카운트를 갱신할 수 있다. 예를 들면, 희생 블럭 설정 제어부(137B)는 희생 블럭 정보 저장부(137A)에 현재 저장되어있는 에러 카운트를 ECC 유닛(135)으로부터 수신된 에러 카운트로 갱신할 수 있다.
S150 단계에서, 희생 블럭 설정 제어부(137B)는 희생 블럭 정보 저장부(137A)에 저장된 희생 블럭 정보의 어드레스를 갱신할 수 있다. 예를 들면, 희생 블럭 설정 제어부(137B)는 희생 블럭 정보 저장부(137A)에 현재 저장되어있는 어드레스를 읽기 동작이 수행된 어드레스로 갱신할 수 있다.
S140 단계와 S150 단계를 통해서, 희생 블럭 정보 저장부(137A)에는 새로운 희생 블럭 정보가 저장될 수 있다. 새롭게 저장된 희생 블럭 정보는 읽기 동작이 수행된 어드레스 중에서 가장 많은 에러 카운트를 갖는 어드레스 정보(예를 들면, 읽기 동작이 수행된 페이지 어드레스 또는 읽기 동작이 수행된 페이지를 포함하는 메모리 블록의 어드레스)를 나타낼 것이다. 또한 새롭게 저장된 희생 블럭 정보는 지금까지의 읽기 동작 중에서 검출된 에러 카운트 중에서 가장 많은 에러 카운트 정보를 나타낼 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 희생 블럭 설정 유닛(137)은 읽기 동작을 통해서 제공되는 에러 카운트에 근거하여 현재 설정된 희생 블럭을 유지하거나 희생 블럭을 갱신하도록 구성될 수 있다. 예시적으로, 희생 블럭 설정 유닛(137)은 가장 많은 에러 카운트를 갖는 메모리 블럭이 희생 블럭으로 설정되도록 동작할 수 있다.
도 4는 도 2의 동작 메모리 장치에서 구동되는 펌웨어를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 동작 메모리 장치(133)에 로딩된 플래시 변환 계층(FTL)은 관리 데이터와 복수의 모듈들(mudules)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 플래시 변환 계층(FTL)은 어드레스 맵핑 테이블(131A), 가비지 컬렉션 모듈(131B), 웨어-레벨링 모듈(131C) 및 배드 블럭 관리 모듈(131D)를 포함할 수 있다. 하지만, 플래시 변환 계층(FTL)의 구성이 앞서 언급된 모듈들에 국한되지 않음은 잘 이해될 것이다. 예를 들면, 플래시 변환 계층(FTL)은 복수의 불휘발성 메모리 장치들을 병렬적으로 동작시키기 위한 인터리빙 모듈, 예상치 못한 전원 차단에 대비하기 위한 서든 파워 오프 관리 모듈 등을 더 포함할 수 있다.
호스트 장치(110)가 데이터 저장 장치(120)를 액세스하는 경우(예를 들면, 읽기 또는 쓰기 동작을 요청하는 경우), 호스트 장치(110)는 논리 어드레스(logical address)를 데이터 저장 장치(120)로 제공할 수 있다. 플래시 변환 계층(FTL)은 제공된 논리 어드레스를 플래시 메모리 장치(140)의 물리 어드레스(physical address)로 변환하고, 변환된 물리 어드레스를 참조하여 요청된 동작을 수행할 수 있다. 플래시 변환 계층(FTL)은 이러한 어드레스 변환 동작을 위해서 어드레스 변환 데이터, 즉, 어드레스 맵핑 테이블(131A)을 관리할 수 있다.
가비지 컬렉션 모듈(131B)은 조각난 데이터들이 저장된 메모리 블럭들(도 1의 141)을 관리할 수 있다. 불휘발성 메모리 장치(도 1의 140)는 덮어쓰기가 불가능하고, 프로그램 단위보다 소거 단위가 더 클 수 있다. 그러한 까닭에, 불휘발성 메모리 장치(140)는 저장 공간이 일정한 한계에 다다르면 임의의 빈 공간 이용하여 물리적으로 서로 상이한 위치에 분산되어 있는 유효 데이터를 동일한 어드레스 영역으로 모으는 작업을 필요로 한다. 가비지 컬렉션 모듈(131B)은 복수의 쓰기 동작들과 복수의 소거 동작들을 수행하여 조각난 유효 데이터를 동일한 어드레스 영역으로 모으는 작업을 수행할 수 있다.
웨어-레벨링 모듈(131C)은 불휘발성 메모리 장치(140)의 메모리 블럭들(141)에 대한 마모도(wear-level)를 관리할 수 있다. 프로그램 그리고 소거 동작에 의해서 불휘발성 메모리 장치(140)의 메모리 셀들은 노화(aging)될 수 있다. 노화된 메모리 셀, 즉, 마모된 메모리 셀은 결함(예를 들면, 물리적 결함)을 야기할 수 있다. 웨어-레벨링 모듈(131C)은 불휘발성 메모리 장치(140)의 특정 메모리 블럭이 다른 메모리 블럭들보다 빨리 마모되는 것을 방지하기 위해서 메모리 블럭들(141) 각각의 프로그램-소거 카운트가 평준화 되도록 관리할 수 있다. 예를 들면, 웨어-레벨링 모듈(131C)은 상대적으로 많이 마모된 메모리 블럭(즉, 프로그램-소거 카운트가 많은 메모리 블럭)의 유효 데이터를 상대적으로 적게 마모된 메모리 블럭(즉, 프로그램-소거 카운트가 적은 메모리 블럭)으로 복사하는 작업을 수행할 수 있다. 그리고 웨어-레벨링 모듈(131C)은 많이 마모된 메모리 블럭이 당분간 사용되지 않도록 관리할 수 있다.
배드 블럭 관리 모듈(131D)은 불휘발성 메모리 장치(140)의 메모리 블럭들(141) 중 결함이 발생된 메모리 블럭을 관리할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 마모된 메모리 셀은 결함(예를 들면, 물리적 결함)이 발생될 수 있다. 결함이 발생된 메모리 셀에 저장된 데이터는 정상적으로 읽혀질 수 없다. 또한, 결함이 발생된 메모리 셀에는 데이터가 정상적으로 저장될 수 없다. 배드 블럭 관리 모듈(131D)은 결함이 발생된 메모리 셀을 포함하는 메모리 블럭의 유효 데이터를 정상 메모리 블럭으로 복사하는 작업을 수행할 수 있다. 또한 배드 블럭 관리 모듈(131D)은 결함이 발생된 메모리 셀을 포함하는 메모리 블럭의 사용을 차단하도록 관리할 수 있다.
이와 같이, 가비지 컬렉션 동작, 웨어-레벨링 동작, 배드 블럭 처리 동작 중에 병합 동작이 발생될 수 있다. 즉, 데이터 저장 장치(도 1의 120)의 동작 중에, 희생 블럭의 유효 데이터들을 다른 메모리 블럭에 복사하고, 유효 데이터가 저장되었던 희생 블럭을 처리(예를 들면, 소거, 사용 지연, 폐기 등)하는 동작이 빈번히 발생될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 희생 블럭 설정 유닛(도 1의 137)에 의해서 설정된 희생 블럭의 정보를 참조하여 희생 블럭이 최종적으로 선택될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치의 동작 방법을 예시적으로 설명하기 위한 순서도이다. 도 1 및 도 5를 참조하여, 데이터 저장 장치의 병합 동작이 상세히 설명될 것이다.
S210 단계에서, 컨트롤러(130)는 병합 동작이 필요한지의 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(130)는 가비지 컬렉션 동작, 웨어-레벨링 동작, 배드 블럭 관리 동작을 통해서 병합 동작이 발생되는지의 여부를 판단할 수 있다. 병합 동작이 필요하지 않다고 판단되는 경우(아니오), 동작은 종료될 수 있다. 반면, 병합 동작이 필요하다고 판단되는 경우(예), 절차는 S220 단계로 진행될 것이다.
S220 단계에서, 컨트롤러(130)는 희생 블럭 설정 유닛(137)에 저장된 희생 블럭 정보를 참조하여 최초 희생 블럭을 선택할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(130)는 희생 블럭 정보 중 하나인 메모리 블럭의 어드레스를 참조하여 해당 어드레스에 대응하는 메모리 블럭을 최초 희생 블럭으로 선택할 수 있다. 도 3의 과정을 통해서 저장된 희생 블럭 정보를 참조하여 최초 희생 블럭이 선택되기 때문에, 가장 많은 에러 카운트를 갖는 메모리 블럭이 최초 희생 블럭으로서 선택될 수 있다.
S230 단계에서, 컨트롤러(130)는 최초 희생 블럭의 에러 카운트가 기준 값보다 크거나 같은지의 여부를 판단할 수 있다. 여기에서, 최초 희생 블럭의 에러 카운트와 비교되는 기준 값은 데이터 저장 장치의 신뢰성 또는 성능을 고려하여 설정될 수 있다. 예시적으로, 데이터 저장 장치의 신뢰성을 높이기 위해서 기준 값은 높게 설정될 수 있다. 기준 값이 높게 설정되는 경우, 희생 블럭 설정 유닛(137)에 의해서 설정된 최초 희생 블럭이 최종적으로 선택될 가능성이 낮아질 수 있다. 즉, 희생 블럭을 선택하기 위한 다른 기준에 의해서 최종 희생 블럭이 선택될 수 있다. 다른 예로서, 데이터 저장 장치의 성능, 즉, 동작 속도를 향상시키기 위해서 기준 값은 낮게 설정될 수 있다. 기준 값이 낮게 설정되는 경우, 희생 블럭 설정 유닛(137)에 의해서 설정된 최초 희생 블럭이 최종적으로 선택될 가능성이 높아질 수 있다.
컨트롤러(130)는 최초 희생 블럭의 에러 카운트와 기준 값의 비교 결과에 따라서 최초 희생 블럭을 최종 희생 블럭으로 선택하거나, 희생 블럭을 재검색하고 재검색한 결과에 근거하여 최종 희생 블럭을 선택할 수 있다. 즉, 컨트롤러(130)는 최초 희생 블럭의 에러 카운트와 기준 값의 비교 결과에 따라서 S240 단계 또는 S250 단계 중 어느 하나를 선택적으로 수행할 수 있다.
희생 블럭 정보의 에러 카운트가 기준 값보다 작은 경우(아니오), 절차는 S240 단계로 진행될 수 있다. S240 단계에서, 컨트롤러(130)는 희생 블럭 설정 유닛(137)에 의해서 설정된 최초 희생 블럭과는 다른 희생 블럭을 선택하기 위해서, 또 다른 기준에 따라 희생 블럭을 재검색하고, 재검색 결과에 따라 최종 희생 블럭을 선택할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(130)는 유효 페이지(또는 유효 데이터)의 수(또는 크기)를 참조하여 메모리 블럭을 재검색할 수 있다. 그리고 컨트롤러(130)는 유효 페이지(또는 유효 데이터)의 수(또는 크기)가 적은 메모리 블럭을 최종 희생 블럭으로 선택할 수 있다. 다른 예로서, 컨트롤러(130)는 웨어-레벨링 정보를 참조하여 메모리 블럭을 재검색할 수 있다. 그리고 컨트롤러(130)는 웨어-레벨이 높은, 즉, 프로그램-소거 카운트가 많은 메모리 블럭을 최종 희생 블럭으로 선택할 수 있다.
희생 블럭 정보의 에러 카운트가 기준 값보다 크거나 같은 경우(예), 절차는 S250 단계로 진행될 수 있다. S250 단계에서, 컨트롤러(130)는 희생 블럭 설정 유닛(137)에 의해서 설정된 최초 희생 블럭을 최종 희생 블럭으로 선택할 수 있다.
S260 단계에서, 컨트롤러(130)는 희생 블럭의 유효 페이지를 복사하기 위한 새로운 블럭, 즉, 병합 블럭을 선택할 수 있다. 예시적으로, 병합 블럭은 데이터가 저장되지 않은 빈 메모리 블럭일 수 있다. 다른 예로서, 병합 블럭은 데이터가 저장되어 있지만, 추가적인 데이터를 저장할 여유 공간이 있는 메모리 블럭일 수 있다.
S270 단계에서, 컨트롤러(130)는 최종 희생 블럭 및 병합 블럭에 따라서 병합 동작을 수행할 수 있다. 여기에서, 최종적으로 선택된 희생 블럭은 S240 단계 또는 S250 단계 중 어느 하나에 의해서 선택된 희생 블럭일 것이다. 컨트롤러(130)는 희생 블럭의 유효 데이터를 병합 블럭의 여유 공간에 저장하는 병합 동작을 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 블럭도이다. 도 6을 참조하면, 데이터 처리 시스템(1000)은 호스트 장치(1100)와 데이터 저장 장치(1200)를 포함할 수 있다.
데이터 저장 장치(1200)는 컨트롤러(1210) 및 불휘발성 메모리 장치(1220)를 포함할 수 있다. 데이터 저장 장치(1200)는 데스크톱 컴퓨터, 노트북, 디지털 카메라, 휴대폰, MP3 플레이어, 게임기 등과 같은 호스트 장치(1100)에 접속되어 사용될 수 있다. 데이터 저장 장치(1200)는 메모리 시스템이라고도 불린다.
컨트롤러(1210)는 호스트 장치(1100)로부터의 요청에 응답하여 불휘발성 메모리 장치(1220)를 액세스하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(1210)는 불휘발성 메모리 장치(1220)의 읽기, 프로그램 또는 소거 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(1210)는 불휘발성 메모리 장치(1220)를 제어하기 위한 펌웨어(firmware)를 구동하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(1210)는 호스트 인터페이스(1211), 마이크로 컨트롤 유닛(1212), 메모리 인터페이스(1213), 램(1214), 에러 정정 코드 유닛(1215) 및 희생 블럭 설정 유닛(1216)을 포함할 수 있다.
마이크로 컨트롤 유닛(1212)은 호스트 장치의 요청에 응답하여 컨트롤러(1210)의 제반 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 램(1214)은 마이크로 컨트롤 유닛(1212)의 동작 메모리(working memory)로써 이용될 수 있다. 램(1214)은 불휘발성 메모리 장치(1220)로부터 읽혀진 데이터 또는 호스트 장치(1100)로부터 제공된 데이터를 임시로 저장할 수 있다.
호스트 인터페이스(1211)는 호스트 장치(1100)와 컨트롤러(1210)를 인터페이싱하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 호스트 인터페이스(1211)는 USB(Universal Serial Bus) 프로토콜, MMC(Multimedia Card) 프로토콜, PCI(Peripheral Component Interconnection) 프로토콜, PCI-E(PCI-Express) 프로토콜, PATA(Parallel Advanced Technology Attachment) 프로토콜, SATA(Serial Advanced Technology Attachment) 프로토콜, SCSI(Small Computer System Interface) 프로토콜, SAS(Serial Attached SCSI) 프로토콜, 그리고 IDE(Integrated Drive Electronics) 프로토콜 등과 같은 다양한 인터페이스 프로토콜들 중 하나를 통해 호스트 장치(1100)와 통신하도록 구성될 수 있다.
메모리 인터페이스(1213)는 컨트롤러(1210)와 불휘발성 메모리 장치(1220)를 인터페이싱하도록 구성될 수 있다. 메모리 인터페이스(1213)는 불휘발성 메모리 장치(1220)에 커맨드 및 어드레스를 제공하도록 구성될 수 있다. 그리고 메모리 인터페이스(1213)는 불휘발성 메모리 장치(1220)와 데이터를 주고 받도록 구성될 수 있다.
에러 정정 코드 유닛(1215)은 불휘발성 메모리 장치(1220)로부터 독출된 데이터의 오류를 검출하도록 구성될 수 있다. 그리고 에러 정정 코드 유닛(1215)은 검출된 에러가 정정 범위 내이면, 검출된 오류를 정정하도록 구성될 수 있다. 한편, 에러 정정 코드 유닛(1215)은 메모리 시스템(1000)에 따라 컨트롤러(1210) 내에 구비되거나 밖에 구비될 수 있다.
희생 블럭 설정 유닛(1216)은 불휘발성 메모리 장치(1220)의 메모리 블럭들 또는 메모리 블럭들에 포함된 페이지들의 에러 카운트에 근거하여 희생 블럭을 설정하고 희생 블럭 정보를 저장하도록 구성된다. 희생 블럭 설정 유닛(1216)에 의해서 설정된 희생 블럭의 정보는 마이크로 컨트롤 유닛(1212)의 병합 동작에 참조될 수 있다.
컨트롤러(1210) 및 불휘발성 메모리 장치(1220)는 하나의 반도체 장치로 집적되어, 메모리 장치로 구성될 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(1210) 및 데이터 저장 매체(1220)는 하나의 반도체 장치로 집적되어 PCMCIA(personal computer memory card international association) 카드, CF(compact flash) 카드, 스마트 미디어(smart media) 카드, 메모리 스틱(memory stick), 멀티 미디어(multi media) 카드(MMC, RS-MMC, MMC-micro), SD(secure digital) 카드(SD, Mini-SD, Micro-SD), UFS(niversal flash storage) 등으로 구성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)를 예시적으로 보여주는 블럭도이다. 도 7을 참조하면, 데이터 처리 시스템(2000)은 호스트 장치(2100)와 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive, 이하, SSD라 칭함, 2200)를 포함할 수 있다.
SSD(2200)는 SSD 컨트롤러(2210), 버퍼 메모리 장치(2220), 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n), 전원 공급기(2240), 신호 커넥터(2250), 전원 커넥터(2260)를 포함할 수 있다.
SSD(2200)는 호스트 장치(2100)의 요청에 응답하여 동작할 수 있다. 즉, SSD 컨트롤러(2210)는 호스트 장치(2100)로부터의 요청에 응답하여 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)을 액세스하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, SSD 컨트롤러(2210)는 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)의 읽기, 프로그램 그리고 소거 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, SSD 컨트롤러(2210)는 본 발명의 실시 예에 따른 동적 어드레스 맵핑 테이블 백업 동작을 수행할 수 있다. 따라서, SSD(2200)의 동작 속도가 향상될 수 있다.
버퍼 메모리 장치(2220)는 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)에 저장될 데이터를 임시 저장하도록 구성될 수 있다. 또한, 버퍼 메모리 장치(2220)는 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)로부터 읽혀진 데이터를 임시 저장하도록 구성될 수 있다. 버퍼 메모리 장치(2220)에 임시 저장된 데이터는 SSD 컨트롤러(2210)의 제어에 따라 호스트 장치(2100) 또는 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)로 전송될 수 있다.
불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)은 SSD(2200)의 저장 매체로써 사용될 수 있다. 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n) 각각은 복수의 채널들(CH1~CHn)을 통해 SSD 컨트롤러(2210)와 연결될 수 있다. 하나의 채널에는 하나 또는 그 이상의 불휘발성 메모리 장치가 연결될 수 있다. 하나의 채널에 연결되는 불휘발성 메모리 장치들은 동일한 신호 버스 및 데이터 버스에 연결될 수 있다.
전원 공급기(2240)는 전원 커넥터(2260)를 통해 입력된 전원(PWR)을 SSD(2200) 내부에 제공하도록 구성될 수 있다. 전원 공급기(2240)는 보조 전원 공급기(2241)를 포함할 수 있다. 보조 전원 공급기(2241)는 서든 파워 오프(sudden power off)가 발생되는 경우, SSD(2200)가 정상적으로 종료될 수 있도록 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 보조 전원 공급기(2241)는 전원(PWR)을 충전할 수 있는 슈퍼 캐패시터들(super capacitors)을 포함할 수 있다.
SSD 컨트롤러(2210)는 신호 커넥터(2250)를 통해서 호스트 장치(2100)와 신호(SGL)를 주고 받을 수 있다. 여기에서, 신호(SGL)는 커맨드, 어드레스, 데이터 등이 포함될 수 있다. 신호 커넥터(2250)는 호스트 장치(2100)와 SSD(2200)의 인터페이스 방식에 따라 PATA(Parallel Advanced Technology Attachment), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), SCSI(Small Computer System Interface), SAS(Serial Attached SCSI) 등의 커넥터로 구성될 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 SSD 컨트롤러를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 7을 참조하면, SSD 컨트롤러(2210)는 메모리 인터페이스(2211), 호스트 인터페이스(2212), ECC 유닛(2213), 마이크로 컨트롤 유닛(2214), 램(2215) 및 희생 블럭 설정 유닛(2216)을 포함할 수 있다.
메모리 인터페이스(2211)는 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)에 커맨드 및 어드레스를 제공하도록 구성될 수 있다. 그리고 메모리 인터페이스(2211)는 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)과 데이터를 주고 받도록 구성될 수 있다. 메모리 인터페이스(2211)는 마이크로 컨트롤 유닛(2214)의 제어에 따라 버퍼 메모리 장치(2220)로부터 전달된 데이터를 각각의 채널들(CH1~CHn)로 스캐터링(Scattering)할 수 있다. 그리고 메모리 인터페이스(2211)는 마이크로 컨트롤 유닛(2214)의 제어에 따라 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)로부터 읽혀진 데이터를 버퍼 메모리 장치(2220)로 전달할 수 있다.
호스트 인터페이스(2212)는 호스트 장치(2100)의 프로토콜에 대응하여 SSD(2200)와의 인터페이싱을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 호스트 인터페이스(2212)는 PATA(Parallel Advanced Technology Attachment), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), SCSI(Small Computer System Interface), SAS(Serial Attached SCSI) 프로토콜들 중 어느 하나를 통해 호스트 장치(2100)와 통신하도록 구성될 수 있다. 또한, 호스트 인터페이스(2212)는 호스트 장치(2100)가 SSD(2200)를 하드 디스크 드라이브(HDD)로 인식하도록 지원하는 디스크 에뮬레이션(Disk Emulation) 기능을 수행할 수 있다.
ECC 유닛(2213)은 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)로 전송되는 데이터에 근거하여 패러티 비트를 생성하도록 구성될 수 있다. 생성된 패러티 비트는 불휘발성 메모리(2231~223n)의 스페어 영역(spare area)에 저장될 수 있다. ECC 유닛(2213)은 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)로부터 읽혀진 데이터의 에러를 검출하도록 구성될 수 있다. 만약, 검출된 에러가 정정 범위 내이면, 검출된 에러를 정정하도록 구성될 수 있다.
마이크로 컨트롤 유닛(2214)는 호스트 장치(2100)로부터 입력된 신호(SGL)를 분석하고 처리하도록 구성될 수 있다. 마이크로 컨트롤 유닛(2214)는 호스트 장치(2100)의 요청에 응답하여 SSD 컨트롤러(2210)의 제반 동작을 제어할 수 있다. 마이크로 컨트롤 유닛(2214)은 SSD(2200)를 구동하기 위한 펌웨어에 따라서 버퍼 메모리 장치(2220) 및 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)의 동작을 제어할 수 있다. 램(2215)은 이러한 펌웨어를 구동하기 위한 동작 메모리 장치(working memory device)로써 사용될 수 있다.
희생 블럭 설정 유닛(2216)은 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)의 메모리 블럭들 또는 메모리 블럭들에 포함된 페이지들의 에러 카운트에 근거하여 희생 블럭을 설정하고 희생 블럭 정보를 저장하도록 구성된다. 희생 블럭 설정 유닛(2216)에 의해서 설정된 희생 블럭의 정보는 마이크로 컨트롤 유닛(2214)의 병합 동작에 참조될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치가 장착되는 컴퓨터 시스템을 예시적으로 보여주는 블럭도이다. 도 9를 참조하면, 컴퓨터 시스템(3000)은 시스템 버스(3700)에 전기적으로 연결되는 네트워크 어댑터(3100), 중앙 처리 장치(3200), 데이터 저장 장치(3300), 램(3400), 롬(3500) 그리고 사용자 인터페이스(3600)를 포함한다. 여기에서, 데이터 저장 장치(3300)는 도 1에 도시된 데이터 저장 장치(120), 도 6에 도시된 데이터 저장 장치(1200) 또는 도 7에 도시된 SSD(2200)로 구성될 수 있다.
네트워크 어댑터(3100)는 컴퓨터 시스템(3000)과 외부의 네트워크들 사이의 인터페이싱을 제공한다. 중앙 처리 장치(3200)는 램(3400)에 상주하는 운영 체제(Operating System)나 응용 프로그램(Application Program)을 구동하기 위한 제반 연산 처리를 수행한다.
데이터 저장 장치(3300)는 컴퓨터 시스템(3000)에서 필요한 제반 데이터를 저장한다. 예를 들면, 컴퓨터 시스템(3000)을 구동하기 위한 운영 체제(Operating System), 응용 프로그램(Application Program), 다양한 프로그램 모듈(Program Module), 프로그램 데이터(Program data), 그리고 유저 데이터(User data) 등이 데이터 저장 장치(3300)에 저장된다.
램(3400)은 컴퓨터 시스템(3000)의 동작 메모리 장치로 사용될 수 있다. 부팅 시에 램(3400)에는 데이터 저장 장치(3300)로부터 읽혀진 운영 체제(Operating System), 응용 프로그램(Application Program), 다양한 프로그램 모듈(Program Module)과 프로그램들의 구동에 소요되는 프로그램 데이터(Program data)가 로드된다. 롬(3500)에는 운영 체제(Operating System)가 구동되기 이전부터 활성화되는 기본적인 입출력 시스템인 바이오스(BIOS: Basic Input/Output System)가 저장된다. 유저 인터페이스(3600)를 통해서 컴퓨터 시스템(3000)과 사용자 사이의 정보 교환이 이루어진다.
비록 도면에는 도시되지 않았지만, 컴퓨터 시스템(3000)은 배터리(Battery), 응용 칩셋(Application chipset), 카메라 이미지 프로세서(Camera Image Processor: CIS) 등과 같은 장치들을 더 포함할 수 있음은 잘 이해될 것이다.
이상에서, 본 발명은 구체적인 실시 예를 통해 설명되고 있으나, 본 발명은 그 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있음은 잘 이해될 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 및 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. 본 발명의 범위 또는 기술적 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 구조가 다양하게 수정되거나 변경될 수 있음은 잘 이해될 것이다.
100 : 데이터 처리 시스템
110 : 호스트 장치
120 : 데이터 저장 장치
130 : 컨트롤러
137 : 희생 블럭 설정 유닛
140 : 불휘발성 메모리 장치

Claims (19)

  1. 불휘발성 메모리 장치; 및
    외부 장치의 요청에 따라서 상기 불휘발성 메모리 장치의 동작을 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함하되,
    상기 컨트롤러는 상기 불휘발성 메모리 장치에 대한 읽기 동작이 수행될 때 제공되는 에러 카운트에 근거하여 병합 동작을 수행하기 위한 희생 메모리 블럭을 설정하고, 설정된 희생 메모리 블럭의 정보를 저장하도록 구성된 희생 블럭 설정 유닛을 포함하는 데이터 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 희생 블럭 설정 유닛은,
    희생 메모리 블럭으로 설정된 메모리 블럭의 정보를 저장하도록 구성된 희생 블럭 정보 저장부; 및
    상기 희생 블럭 정보 저장부에 저장된 제1 에러 카운트와 읽기 동작이 수행될 때 제공되는 제2 에러 카운트를 비교하고, 비교 결과에 따라서 희생 메모리 블럭을 설정하도록 구성된 희생 블럭 설정 제어부를 포함하는 데이터 저장 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 희생 블럭 설정 제어부는 상기 제2 에러 카운트가 상기 제1 에러 카운트보다 크거나 같은 경우 상기 희생 블럭 정보 저장부에 저장된 희생 메모리 블럭의 정보를 갱신하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 희생 블럭 설정 제어부는 상기 제2 에러 카운트를 상기 희생 블럭 정보 저장부에 저장하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 희생 블럭 설정 제어부는 읽기 동작이 수행된 페이지 어드레스 또는 메모리 블럭 어드레스를 상기 희생 블럭 정보 저장부에 저장하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 희생 블럭 설정 제어부는 상기 제2 에러 카운트가 상기 제1 에러 카운트보다 작은 경우 상기 희생 블럭 정보 저장부에 저장된 희생 블럭의 정보를 유지하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 불휘발성 메모리 장치로부터 독출된 데이터의 에러를 검출하고 정정하도록 구성된 에러 정정 코드 유닛을 더 포함하는 데이터 저장 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 에러 정정 코드 유닛은 상기 불휘발성 메모리 장치에 대한 읽기 동작이 수행될 때 상기 에러 카운트를 상기 희생 블럭 설정 유닛으로 제공하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 에러 정정 코드 유닛은 상기 독출된 데이터의 정정된 에러 비트의 수 또는 상기 독출된 데이터로부터 검출된 에러 비트의 수로 구성된 상기 에러 카운트를 제공하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 희생 블럭 설정 유닛에 의해서 설정된 희생 메모리 블럭의 유효 데이터를 프리 메모리 블럭으로 복사하는 병합 동작을 수행하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 희생 블럭 설정 유닛에 의해서 설정된 희생 메모리 블럭의 에러 카운트가 기준 값보다 작은 경우 희생 메모리 블럭을 재검색하고, 재검색한 결과에 따라서 상기 희생 블럭 설정 유닛에 의해서 설정된 희생 메모리 블럭과는 다른 희생 메모리 블럭을 선택하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 유효 데이터의 크기를 참조하여 희생 메모리 블럭을 재검색하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 웨어-레벨링 정보를 참조하여 희생 메모리 블럭을 재검색하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  14. 희생 블럭 설정 유닛을 포함하는 데이터 저장 장치의 동작 방법에 있어서:
    상기 희생 블럭 설정 유닛에 저장된 희생 블럭 정보를 참조하여 최초 희생 블럭을 선택하는 단계;
    상기 최초 희생 블럭의 에러 카운트와 기준 값의 비교 결과에 따라서 상기 최초 희생 블럭을 최종 희생 블럭으로 선택하거나, 희생 블럭을 재검색하고 재검색한 결과에 근거하여 최종 희생 블럭을 선택하는 단계;
    상기 최종 희생 블럭의 유효 데이터가 복사될 병합 블럭을 선택하는 단계; 및
    상기 최종 희생 블럭의 유효 데이터를 상기 병합 블럭으로 복사하는 병합 동작을 수행하는 단계를 포함하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 최초 희생 블럭의 에러 카운트가 상기 기준 값보다 크거나 같은 경우 상기 최초 희생 블럭을 상기 최종 희생 블럭으로 선택하는 단계를 수행하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 최초 희생 블럭의 에러 카운트가 상기 기준 값보다 작은 경우 상기 희생 블럭을 재검색하고 재검색 결과에 근거하여 최종 희생 블럭을 선택하는 단계를 수행하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 희생 블럭을 재검색하는 단계는 유효 데이터의 크기가 작은 메모리 블럭을 검색하는 단계, 또는 프로그램-소거 카운트가 많은 메모리 블럭을 검색하는 단계를 포함하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    읽기 동작이 수행된 어드레스 및 독출된 데이터의 에러 카운트를 수신하는 단계;
    수신된 에러 카운트와 현재 희생 블럭 정보의 에러 카운트를 비교하는 단계; 및
    상기 수신된 에러 카운트가 상기 현재 희생 블럭 정보의 에러 카운트보다 크거나 같은 경우, 상기 현재 희생 블럭 정보의 에러 카운트를 상기 수신된 에러 카운트로 갱신하고, 상기 현재 희생 블럭 정보의 어드레스를 수신된 어드레스로 갱신하는 단계를 포함하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  19. 호스트 장치; 및
    상기 호스트 장치에 의해서 처리되는 데이터를 저장하도록 구성된 데이터 저장 장치를 포함하되,
    상기 데이터 저장 장치는,
    불휘발성 메모리 장치; 및
    상기 호스트 장치의 요청에 따라서 상기 불휘발성 메모리 장치의 동작을 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함하되,
    상기 컨트롤러는 상기 불휘발성 메모리 장치에 대한 읽기 동작이 수행될 때 제공되는 에러 카운트에 근거하여 병합 동작을 수행하기 위한 희생 메모리 블럭을 설정하고, 설정된 희생 메모리 블럭의 정보를 저장하도록 구성된 희생 블럭 설정 유닛을 포함하는 데이터 처리 시스템.
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