KR20160051328A

KR20160051328A - 데이터 복구 방법 및 이를 사용한 비휘발성 메모리 시스템

Info

Publication number: KR20160051328A
Application number: KR1020140151144A
Authority: KR
Inventors: 이형민
Original assignee: 에스케이하이닉스 주식회사
Priority date: 2014-11-03
Filing date: 2014-11-03
Publication date: 2016-05-11
Also published as: US20160124805A1

Abstract

본 기술은 비휘발성 메모리 장치의 데이터 복구 방법에 관한 것으로서, 다수의 메모리 셀을 포함하는 비휘발성 메모리 장치; 및 기준리드레벨을 사용하여 다수의 메모리 셀에서 리드한 노말 데이터에 에러가 발생한 경우, 복구리드레벨간격을 기준으로 에러가 발생한 노말 데이터를 복구하는 메모리 컨트롤러를 포함하며, 메모리 컨트롤러는, 기준리드레벨을 중심으로 설정된 리드레벨간격을 유지하는 N개의 분포리드레벨 각각에서 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값을 측정하여 N개의 분포측정값을 생성하고, N개의 분포측정값 각각의 값이 변동하는 것을 선형 방정식으로 연산하여 복구리드레벨간격을 결정하는 특징으로 한다.

Description

데이터 복구 방법 및 이를 사용한 비휘발성 메모리 시스템{DATA RECOVERY METHOD AND NONVOLATILE MEMORY SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 반도체 설계 기술에 관한 것으로서, 구체적으로 비휘발성 메모리 장치의 데이터 복구 방법에 관한 것이다.

데이터 저장 시스템에 포함되는 반도체 장치 중 반도체 메모리 장치는 크게 휘발성 메모리 장치(Volatile memory device)와 불휘발성 메모리 장치(Nonvolatile memory device)로 구분된다.

휘발성 메모리 장치는 쓰기 및 읽기 속도가 빠르지만 전원 공급이 차단되면 저장된 데이터가 소실된다. 불휘발성 메모리 장치는 쓰기 및 읽기 속도가 상대적으로 느리지만 전원 공급이 차단되더라도 저장된 데이터를 유지한다. 따라서 전원 공급 여부와 관계없이 유지되어야 할 데이터를 저장하기 위해 불휘발성 메모리 장치가 사용된다. 불휘발성 메모리 장치에는 ROM(Read Only Memory), MROM(Mask ROM), PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash memory), PRAM(Phase change Random Access Memory), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferroelectric RAM) 등이 있다. 플래시 메모리는 노어 타입과 낸드 타입으로 구분된다.

플래시 메모리는 데이터의 프로그램과 소거가 자유로운 RAM의 장점과 전원 공급이 차단되어도 저장된 데이터를 보존할 수 있는 ROM의 장점을 가진다. 플래시 메모리는 디지털 카메라, PDA(Personal Digital Assistant) 및 MP3 플레이어와 같은 휴대용 전자기기의 저장 매체로 널리 사용되고 있다.

데이터 저장 시스템이 높은 데이터 신뢰성을 갖도록 하는 것은 매우 중요한 이슈이다.

본 발명의 실시예는 할 수 있는 성능 저하를 최소화하면서 높은 데이터 신뢰성을 갖는 데이터 복구 방법 및 이를 사용한 비휘발성 메모리 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템은, 다수의 메모리 셀을 포함하는 비휘발성 메모리 장치; 및 기준리드레벨을 사용하여 상기 다수의 메모리 셀에서 리드한 노말 데이터에 에러가 발생한 경우, 복구리드레벨간격을 기준으로 에러가 발생한 상기 노말 데이터를 복구하는 메모리 컨트롤러를 포함하며, 상기 메모리 컨트롤러는, 상기 기준리드레벨을 중심으로 설정된 리드레벨간격을 유지하는 N개의 분포리드레벨 각각에서 상기 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값을 측정하여 N개의 분포측정값을 생성하고, N개의 상기 분포측정값 각각의 값이 변동하는 것을 선형 방정식으로 연산하여 상기 복구리드레벨간격을 결정할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템에서 상기 메모리 컨트롤러는, 상기 복구리드레벨간격을 대수 가능도비(Log-Likehood Ratio : LLR)의 리드간격으로 입력받아 에러가 발생한 상기 노말 데이터에 대해 저밀도 패리티 검사(Low Density Parity Check : LDPC)를 수행하여 그 값을 복구할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템에서 상기 설정된 리드레벨간격은, 상기 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 리드하기 위해 조절 가능한 최소리드레벨간격이 K번 연속되는 만큼을 합친 리드레벨간격일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템에서 상기 메모리 컨트롤러는, 상기 에러 동작 모드 진입구간에서 N개의 상기 분포리드레벨 및 N개의 상기 분포리드레벨에 상기 최소리드레벨간격만큼 각각 인접한 N개의 측정리드레벨을 번갈아 가면서 각각 사용하여 상기 다수의 메모리 셀에서 N개의 분포 데이터 및 N개의 측정 데이터를 번갈아 가면서 각각 리드한 뒤, N개의 상기 분포 데이터와 N개의 상기 측정 데이터를 각각 비교하여 그 차이를 N개의 상기 분포측정값으로서 생성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템에서 상기 메모리 컨트롤러는, 상기 에러 동작 모드 진입구간에서 N개의 상기 분포측정값 각각의 값을 상기 설정된 리드레벨간격을 구분하기 위한 K번의 상기 최소리드레벨간격으로 나눠서 N개의 분포변동값을 생성하고, N개의 상기 분포변동값 각각의 값이 변동하는 것을 선형 방정식으로 연장하여 상기 기준리드레벨을 중심으로 양쪽 방향에서 레벨값 절편에 해당하는 리드레벨 사이를 상기 복구리드레벨간격으로서 결정할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템에서 상기 비휘발성 메모리 장치는, 레벨제어신호에 응답하여 상기 기준리드레벨 또는 N개의 상기 분포리드레벨 또는 N개의 상기 측정리드레벨을 생성하고, 이를 기준으로 상기 다수의 메모리 셀의 데이터를 리드하기 위한 리드 동작부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템에서 상기 메모리 컨트롤러는, 에러 동작 모드 탈출구간에서 상기 리드 동작부로부터 상기 노말 데이터가 리드되도록 제어하기 위한 값을 갖는 상기 레벨제어신호를 생성하고, 상기 에러 동작 모드 진입구간에서 상기 리드 동작부로부터 N개의 상기 분포 데이터 또는 N개의 상기 측정 데이터가 리드되도록 제어하기 위한 값을 갖는 상기 레벨제어신호를 생성하는 신호 생성부; 상기 에러 동작 모드 진입구간에서 N개의 상기 분포 데이터와 N개의 상기 측정 데이터의 차이를 각각 카운팅하여 N개의 상기 분포측정값을 생성하는 카운팅부; N개의 상기 분포측정값 및 N개의 상기 분포변동값을 저장하기 위한 저장부; 상기 저장부에 저장된 N개의 상기 분포측정값 각각의 값을 리드하여 상기 설정된 리드레벨간격을 구분하기 위한 K번의 상기 최소리드레벨간격으로 나누는 연산을 수행한 뒤, 연산결과 생성된 N개의 상기 분포변동값을 상기 저장부에 저장하는 제1 연산부; 상기 저장부에 저장된 N개의 상기 분포변동값 각각의 값을 리드하여 그 값이 변동하는 것을 연산하여 선형 방정식을 생성한 뒤, 연산결과 생성된 선형 방정식을 연장하여 상기 기준리드레벨을 중심으로 양쪽 방향에서 레벨값 절편에 해당하는 리드레벨을 찾아내고, 찾아낸 두 개의 리드레벨 사이를 상기 복구리드레벨간격으로서 결정하는 제2 연산부; 및 상기 에러 동작 모드 탈출구간에서 상기 노말 데이터에 대해 에러 발생 여부를 검출하여 상기 에러 동작 모드의 진입/탈출 상태를 결정하며, 상기 에러 동작 모드 진입구간에서 상기 제2 연산부에 의해 결정된 상기 복구리드레벨간격을 기준으로 에러가 발생한 상기 노말 데이터를 복구하는 에러 동작부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템에서 상기 저장부는, N개의 상기 분포측정값을 각각 저장하기 위한 N개의 제1 저장공간; 및 N개의 상기 분포변동값을 각각 저장하기 위한 N개의 제2 저장공간을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템에서 상기 저장부는, 상기 카운팅부가 동작한 결과에 응답하여 N개의 상기 분포측정값을 각각 저장하고, 상기 제1 연산부의 동작한 결과에 응답하여 N개의 상기 분포변동값을 각각 저장하기 위한 N개의 저장공간을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템에서 'N' 및 'K'는 각각 적어도 2보다 큰 자연수일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비활성화 메모리 시스템은, 에러 동작 모드의 진입구간에서 기준리드레벨을 중심으로 설정된 리드레벨간격 유지하는 N개의 분포리드레벨을 각각 사용하여 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값을 측정한 결과로서 N개의 분포측정값을 생성하는 비휘발성 메모리 장치; 및 상기 에러 동작 모드의 탈출 구간에서 상기 기준리드레벨을 사용하여 상기 다수의 메모리 셀에서 리드한 노말 데이터에 에러가 발생하는 것을 감지한 결과에 따라 상기 에러 동작 모드의 진입여부를 결정하고, 상기 에러 동작 모드 진입구간에서 N개의 상기 분포측정값 각각의 값이 변동하는 것을 선형 방정식으로 연산하여 결정된 복구리드레벨간격을 기준으로 에러가 발생한 상기 노말 데이터를 복구하는 메모리 컨트롤러를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비활성화 메모리 시스템에서 상기 메모리 컨트롤러는, 상기 복구리드레벨간격을 대수 가능도비(Log-Likehood Ratio : LLR)의 리드간격으로 입력받아 에러가 발생한 상기 노말 데이터에 대해 저밀도 패리티 검사(Low Density Parity Check : LDPC)를 수행하여 그 값을 복구할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비활성화 메모리 시스템에서 상기 설정된 리드레벨간격은, 상기 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 리드하기 위해 조절 가능한 최소리드레벨간격이 K번 연속되는 만큼을 합친 리드레벨간격일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비활성화 메모리 시스템에서 상기 비휘발성 메모리 장치는, 상기 에러 동작 모드 진입구간에서 N개의 상기 분포리드레벨 및 N개의 상기 분포리드레벨에 상기 최소리드레벨간격만큼 각각 인접한 N개의 측정리드레벨을 번갈아 가면서 각각 사용하여 상기 다수의 메모리 셀에서 N개의 분포 데이터 및 N개의 측정 데이터를 번갈아 가면서 각각 리드한 뒤, N개의 상기 분포 데이터와 N개의 상기 측정 데이터를 각각 비교하여 그 차이를 N개의 상기 분포측정값으로서 생성할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비활성화 메모리 시스템에서 상기 메모리 컨트롤러는, 상기 에러 동작 모드 진입구간에서 N개의 상기 분포측정값 각각의 값을 상기 설정된 리드레벨간격을 구분하기 위한 K번의 상기 최소리드레벨간격으로 나눠서 N개의 분포변동값을 생성하고, N개의 상기 분포변동값 각각의 값이 변동하는 것을 선형 방정식으로 연장하여 상기 기준리드레벨을 중심으로 양쪽 방향에서 레벨값 절편에 해당하는 리드레벨 사이를 상기 복구리드레벨간격으로서 결정할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비활성화 메모리 시스템에서 상기 비휘발성 메모리 장치는, 레벨제어신호에 응답하여 상기 기준리드레벨 또는 N개의 상기 분포리드레벨 또는 N개의 상기 측정리드레벨을 생성하고, 이를 기준으로 상기 다수의 메모리 셀의 데이터를 리드하기 위한 리드 동작부; 상기 에러 동작 모드 진입구간에서 N개의 상기 분포 데이터와 N개의 상기 측정 데이터의 차이를 각각 카운팅하여 N개의 상기 분포측정값을 생성하는 카운팅부; 및 N개의 상기 분포측정값을 저장하기 위한 제1 저장부를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비활성화 메모리 시스템에서 상기 메모리 컨트롤러는, 상기 에러 동작 모드 탈출구간에서 상기 리드 동작부로부터 상기 노말 데이터가 리드되도록 제어하기 위한 값을 갖는 상기 레벨제어신호를 생성하고, 상기 에러 동작 모드 진입구간에서 상기 리드 동작부로부터 N개의 상기 분포 데이터 또는 N개의 상기 측정 데이터가 리드되도록 제어하기 위한 값을 갖는 상기 레벨제어신호를 생성하는 신호 생성부; N개의 상기 분포변동값을 저장하기 위한 제2 저장부; 상기 제1 저장부에 저장된 N개의 상기 분포측정값 각각의 값을 리드하여 상기 설정된 리드레벨간격을 구분하기 위한 K번의 상기 최소리드레벨간격으로 나누는 연산을 수행한 뒤, 연산결과 생성된 N개의 상기 분포변동값을 상기 제2 저장부에 저장하는 제1 연산부; 상기 제2 저장부에 저장된 N개의 상기 분포변동값 각각의 값을 리드하여 그 값이 변동하는 것을 연산하여 선형 방정식을 생성한 뒤, 연산결과 생성된 선형 방정식을 연장하여 상기 기준리드레벨을 중심으로 양쪽 방향에서 레벨값 절편에 해당하는 리드레벨을 찾아내고, 찾아낸 두 개의 리드레벨 사이를 상기 복구리드레벨간격으로서 결정하는 제2 연산부; 및 상기 에러 동작 모드 탈출구간에서 상기 노말 데이터에 대해 에러 발생 여부를 검출하여 상기 에러 동작 모드의 진입/탈출 상태를 결정하며, 상기 에러 동작 모드 진입구간에서 상기 제2 연산부에 의해 결정된 상기 복구리드레벨간격을 기준으로 에러가 발생한 상기 노말 데이터를 복구하는 에러 동작부를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비활성화 메모리 시스템에서 'N' 및 'K'는 각각 적어도 2보다 큰 자연수일 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예를 적용하면, 기준리드레벨을 사용하여 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 리드하는 과정에서 에러가 발생하는 경우, 기준리드레벨을 중심으로 설정된 리드레벨간격을 유지하는 다수의 분포리드레벨에서 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨 분포값을 각각 측정한 뒤, 측정된 다수의 분포값이 변동하는 것을 선형방정식으로 연산하여 에러가 발생한 데이터를 복구하기 위해 필요한 가장 최적화된 리드 포인트를 찾아내는 방식을 사용한다.

이를 통해, 에러가 발생한 리드 동작 이후 데이터를 복구하기 위해 가장 최적화된 리드 포인트를 매우 빠르게 찾아낼 수 있는 효과가 있다.

이로 인해, PVT(Process, Voltage, Temperature) 변동과 사용방법 및 사용기간 등 주변 환경 영향과 상관없이 항상 높은 데이터 신뢰성을 가지면서도 데이터 복구 동작으로 인해 성능 저하가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템의 일예를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템에서 메모리 장치의 일 예를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 장치에서 메모리 블록들의 메모리 셀 어레이 회로를 개략적으로 도시한 도면.
도 4a 내지 도 4c는 비휘발성 메모리 시스템에서 에러 정정 기능을 위해 사용하는 LDPC 방식을 설명하기 위해 도시한 그래프.
도 5는 도 1에 도시된 메모리 시스템의 구성을 바탕으로 본 발명의 제1 실시예에 따른 특징적인 구성이 적용된 메모리 컨트롤러의 구성과 비활성화 메모리 장치의 구성을 도시한 블록 다이어그램.
도 6은 도 4에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템을 보다 상세히 도시한 블록 다이어그램.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에서 복구리드레벨을 결정하는 동작을 설명하기 위해 도시한 그래프.
도 8은 도 1에 도시된 메모리 시스템의 구성을 바탕으로 본 발명의 제2 실시예에 따른 특징적인 구성이 적용된 메모리 컨트롤러의 구성과 비활성화 메모리 장치의 구성을 도시한 블록 다이어그램.
도 9은 도 8에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템을 보다 상세히 도시한 블록 다이어그램.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템의 일예를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 데이터 처리 시스템(100)은, 호스트(Host)(110) 및 메모리 시스템(110)을 포함한다.

그리고, 호스트(102)는, 예컨대, 휴대폰, MP3 플레이어, 랩탑 컴퓨터 등과 같은 휴대용 전자 장치들, 또는 데스크탑 컴퓨터, 게임기, TV, 프로젝터 등과 같은 전자 장치들을 포함한다.

또한, 메모리 시스템(110)은, 호스트(102)의 요청에 응답하여 동작하며, 특히 호스트(102)에 의해서 액세스되는 데이터를 저장한다. 다시 말해, 메모리 시스템(110)은, 호스트(102)의 주 기억 장치 또는 보조 기억 장치로 사용될 수 있다. 여기서, 메모리 시스템(110)은 호스트(102)와 연결되는 호스트 인터페이스 프로토콜에 따라, 다양한 종류의 저장 장치들 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 예를 들면, 메모리 시스템(110)은, 솔리드 스테이트 드라이브(SSD: Solid State Drive), MMC, eMMC(embedded MMC), RS-MMC(Reduced Size MMC), micro-MMC 형태의 멀티 미디어 카드(MMC: Multi Media Card), SD, mini-SD, micro-SD 형태의 시큐어 디지털(SD: Secure Digital) 카드, USB(Universal Storage Bus) 저장 장치, UFS(Universal Flash Storage) 장치, CF(Compact Flash) 카드, 스마트 미디어(Smart Media) 카드, 메모리 스틱(Memory Stick) 등과 같은 다양한 종류의 저장 장치들 중 어느 하나로 구현될 수 있다.

아울러, 메모리 시스템(110)을 구현하는 저장 장치들은, DRAM(Dynamic Random Access Memory), SRAM(Static RAM) 등과 같은 휘발성 메모리 장치와 ROM(Read Only Memory), MROM(Mask ROM), PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable ROM), EEPROM(Electrically Erasable ROM), FRAM(Ferromagnetic ROM), PRAM(Phase change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리 장치로 구현될 수 있다.

그리고, 메모리 시스템(110)은, 호스트(102)에 의해서 액세스되는 데이터를 저장하는 메모리 장치(150), 및 메모리 장치(150)로의 데이터 저장을 제어하는 컨트롤러(130)를 포함한다.

여기서, 컨트롤러(130) 및 메모리 장치(150)는 하나의 반도체 장치로 집적될 수 있다. 일예로, 컨트롤러(130) 및 메모리 장치(150)는 하나의 반도체 장치로 집적되어 SSD를 구성할 수 있다. 메모리 시스템(110)이 SSD로 이용되는 경우, 메모리 시스템(110)에 연결되는 호스트(102)의 동작 속도는 획기적으로 개선될 수 있다.

컨트롤러(130) 및 메모리 장치(150)는 하나의 반도체 장치로 집적되어, 메모리 카드를 구성할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(130) 및 메모리 장치(150)는, 하나의 반도체 장치로 집적되어, PC 카드(PCMCIA: Personal Computer Memory Card International Association), 컴팩트 플래시 카드(CF), 스마트 미디어 카드(SM, SMC), 메모리 스틱, 멀티미디어 카드(MMC, RS-MMC, MMCmicro), SD 카드(SD, miniSD, microSD, SDHC), 유니버설 플래시 기억 장치(UFS) 등과 같은 메모리 카드를 구성할 수 있다.

또 다른 일예로, 메모리 시스템(110)은, 컴퓨터, UMPC (Ultra Mobile PC), 워크스테이션, 넷북(net-book), PDA (Personal Digital Assistants), 포터블(portable) 컴퓨터, 웹 타블렛(web tablet), 태블릿 컴퓨터(tablet computer), 무선 전화기(wireless phone), 모바일 폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), e-북(e-book), PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 블랙박스(black box), 디지털 카메라(digital camera), DMB (Digital Multimedia Broadcasting) 재생기, 3차원 텔레비전(3-dimensional television), 스마트 텔레비전(smart television), 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 영상 녹화기(digital picture recorder), 디지털 영상 재생기(digital picture player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player), 데이터 센터를 구성하는 스토리지, 정보를 무선 환경에서 송수신할 수 있는 장치, 홈 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, 컴퓨터 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, 텔레매틱스 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, RFID 장치, 또는 컴퓨팅 시스템을 구성하는 다양한 구성 요소들 중 하나 등을 구성할 수 있다.

한편, 메모리 시스템(110)의 메모리 장치(150)는, 전원이 공급되지 않아도 저장된 데이터를 유지할 수 있으며, 특히 라이트(write) 동작을 통해 호스트(102)로부터 제공된 데이터를 저장하고, 리드(read) 동작을 통해 저장된 데이터를 호스트(102)로 제공한다. 그리고, 메모리 장치(150)는, 복수의 메모리 블록(memory block)들(152,154,156)을 포함하며, 각각의 메모리 블록들은, 복수의 페이지들(Pages)을 포함하며, 또한 각각의 페이지들은, 복수의 워드라인(WL: Word Line)들이 연결된 복수의 메모리 셀들을 포함한다. 또한, 메모리 장치(150)는, 비휘발성 메모리 장치, 일예로 플래시 메모리가 될 수 있으며, 이때 플래시 메모리는 3D 입체 스택(stack) 구조가 될 수 있다.

그리고, 메모리 시스템(110)의 컨트롤러(130)는, 호스트(102)로부터의 요청에 응답하여 메모리 장치(150)를 제어한다. 예컨대, 컨트롤러(130)는, 메모리 장치(150)로부터 리드된 데이터를 호스트(102)로 제공하고, 호스트(102)로부터 제공된 데이터를 메모리 장치(150)에 저장하며, 이를 위해 컨트롤러(130)는, 메모리 장치(150)의 리드, 라이트, 프로그램, 이레이즈(erase) 등의 동작을 제어한다.

보다 구체적으로 설명하면, 컨트롤러(130)는, 호스트 인터페이스(Host I/F) 유닛(132), 프로세서(Processor)(134), 프로토콜(Protocol) 유닛(unit)(136), 에러 정정 코드(ECC: Error Correction Code) 유닛(138), 파워 관리 유닛(PMU: Power Management Unit)(140), 낸드 플래시 컨트롤러(NFC: NAND Flash Controller)(142), 및 메모리(Memory)(144)를 포함한다.

또한, 호스트 인터페이스 유닛(134)은, 호스트(102)의 커멘드(command) 및 데이터를 처리하며, USB(Universal Serial Bus), MMC(Multi-Media Card), PCI-E(Peripheral Component Interconnect-Express), SAS(Serial-attached SCSI), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), PATA(Parallel Advanced Technology Attachment), SCSI(Small Computer System Interface), ESDI(Enhanced Small Disk Interface), IDE(Integrated Drive Electronics) 등과 같은 다양한 인터페이스 프로토콜들 중 적어도 하나를 통해 호스트(102)와 통신하도록 구성될 수 있다.

아울러, ECC 유닛(138)은, 메모리 장치(150)에 저장된 데이터를 리드할 경우, 메모리 장치(150)로부터 리드된 데이터에 포함되는 에러를 검출 및 정정한다. 다시 말해, ECC 유닛(138)은, 메모리 장치(150)로부터 리드한 데이터에 대하여 에러 정정 디코딩을 수행한 후, 에러 정정 디코딩의 성공 여부를 판단하고 판단 결과에 따라 지시 신호를 출력하며, ECC 인코딩 과정에서 생성된 패리티(parity) 비트를 사용하여 리드된 데이터의 에러 비트를 정정할 수 있다. 이때, ECC 유닛(138)은, 에러 비트 개수가 정정 가능한 에러 비트 한계치 이상 발생하면, 에러 비트를 정정할 수 없으며, 에러 비트를 정정하지 못함에 상응하는 에러 정정 실패(fail) 신호를 출력할 수 있다.

여기서, ECC 유닛(138)은, LDPC(low density parity check) code, BCH(Bose, Chaudhri, Hocquenghem) code, turbo code, 리드-솔로몬 코드(Reed-Solomon code), convolution code, RSC(recursive systematic code), TCM(trellis-coded modulation), BCM(Block coded modulation) 등의 코디드 모듈레이션(coded modulation)을 사용하여 에러 정정을 수행할 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, ECC 유닛(138)는 오류 정정을 위한 회로, 시스템 또는 장치를 모두 포함할 수 있다.

그리고, 프로토콜 유닛(136)은, 컨트롤러(130)가 호스트(102)로부터의 요청에 응답하여 메모리 장치(150)를 제어하기 위한 프로토콜을 저장 및 관리한다. 아울러, PMU(140)는, 컨트롤러(130)의 파워, 즉 컨트롤러(130)에 포함된 구성 요소들의 파워를 제공 및 관리한다.

또한, NFC(142)는, 컨트롤러(130)가 호스트(102)로부터의 요청에 응답하여 메모리 장치(150)를 제어하기 위해, 컨트롤러(130)와 메모리 장치(142) 간의 인터페이싱을 수행하는 메모리 인터페이스로서, 메모리 장치(142)가 플래시 메모리, 특히 일 예로 메모리 장치(142)가 낸드 플래시 메모리일 경우에, 프로세서(134)의 제어에 따라 메모리 장치(142)의 제어 신호를 생성하고 데이터를 처리한다.

아울러, 메모리(144)는, 메모리 시스템(110) 및 컨트롤러(130)의 동작 메모리로, 메모리 시스템(110) 및 컨트롤러(130)의 구동을 위한 데이터를 저장한다. 보다 구체적으로 설명하면, 메모리(144)는, 컨트롤러(130)가 호스트(102)로부터의 요청에 응답하여 메모리 장치(150)를 제어, 예컨대 컨트롤러(130)가, 메모리 장치(150)로부터 리드된 데이터를 호스트(102)로 제공하고, 호스트(102)로부터 제공된 데이터를 메모리 장치(150)에 저장하며, 이를 위해 컨트롤러(130)가, 메모리 장치(150)의 리드, 라이트, 프로그램, 이레이즈(erase) 등의 동작을 제어할 경우, 이러한 동작을 메모리 시스템(110), 즉 컨트롤러(130)와 메모리 장치(150) 간이 수행하기 위해 필요한 데이터를 저장한다.

여기서, 메모리(144)는, 휘발성 메모리로 구현될 수 있으며, 예컨대 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM: Static Random Access Memory), 또는 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM: Dynamic Random Access Memory) 등으로 구현될 수 있다. 또한, 메모리(144)는, 전술한 바와 같이, 호스트(102)와 메모리 장치(150) 간 데이터 라이트 및 리드 등의 동작을 수행하기 위해 필요한 데이터, 및 데이터 라이트 및 리드 등의 동작 수행 시의 데이터를 저장하며, 이러한 데이터 저장을 위해, 프로그램 메모리, 데이터 메모리, 라이트 버퍼, 리드 버퍼, 맵(map) 버퍼 등을 포함한다.

그리고, 프로세서(134)는, 메모리 시스템(110)의 제반 동작을 제어하며, 호스트(102)로부터의 라이트 요청 또는 리드 요청에 응답하여, 메모리 장치(150)에 대한 라이트 동작 또는 리드 동작을 제어한다. 여기서, 프로세서(134)는, 메모리 시스템(110)의 제반 동작을 제어하기 위해 플래시 변환 계층(FTL: Flash Translation Layer, 이하 'FTL'이라 칭하기로 함)이라 불리는 펌웨어(firmware)를 구동한다. 또한, 프로세서(134)는, 마이크로프로세서 또는 중앙 처리 장치(CPU) 등으로 구현될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템에서 메모리 장치의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 메모리 장치(150)는, 복수의 메모리 블록들, 예컨대 블록0(Block0)(210), 블록1(Block1)(220), 블록2(Block2)(230), 및 블록N-1(BlockN-1)(240)을 포함하며, 각각의 블록들(210,220,230,240)은, 복수의 페이지들(Pages), 예컨대 2^M단계의 페이지들(2^MPages)을 포함한다. 여기서, 설명의 편의를 위해, 복수의 메모리 블록들이 각각 2^M단계의 페이지들을 포함하는 것을 일 예로 하여 설명하지만, 복수의 메모리들은, 각각 M단계의 페이지들을 포함할 수도 있다. 그리고, 각각의 페이지들은, 복수의 워드라인(WL: Word Line)들이 연결된 복수의 메모리 셀들을 포함한다.

그리고, 각각의 블록들(210,220,230,240)은, 라이트 동작을 통해 호스트 장치로부터 제공된 데이터를 저장하고, 리드 동작을 통해 저장된 데이터를 호스트(102)로 제공한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 장치에서 메모리 블록들의 메모리 셀 어레이 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 메모리 시스템(110)에서 메모리 장치(300)의 메모리 블록(330)은, 비트라인들(BL0 to BLm-1)에 각각 연결된 복수의 셀 스트링들(340)을 포함할 수 있다. 각 열(column)의 셀 스트링(221)은, 적어도 하나의 드레인 선택 트랜지스터(DST)와, 적어도 하나의 소스 선택 트랜지스터(SST)를 포함할 수 있다. 선택 트랜지스터들(DST, SST) 사이에는, 복수 개의 메모리 셀들, 또는, 메모리 셀 트랜지스터들(MC0 to MCn-1)이 직렬로 연결될 수 있다. 각각의 메모리 셀(MC0 to MCn-1)은, 셀 당 복수의 비트의 데이터 정보를 저장하는 멀티 레벨 셀(MLC: Multi-Level Cell)로 구성될 수 있다. 스트링들(340)은 대응하는 비트라인들(BL0 to BLm-1)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

참고로, 각각의 메모리 셀(MC0 to MCn-1)에는 싱글 비트 데이터(single bit data, SLC)를 저장할 수도 있고, 두 비트 이상의 멀티 비트 데이터(multi bit data, MLC)를 저장할 수도 있다. 싱글 비트 데이터를 저장하는 SLC 방식의 비휘발성 메모리 장치는 문턱 전압 분포에 따라 소거 상태와 프로그램 상태를 갖는다. 멀티 비트 데이터를 저장하는 MLC 방식의 비휘발성 메모리 장치는 문턱 전압 분포에 따라 하나의 소거 상태와 다수의 프로그램 상태를 갖는다.

여기서, 도 3은 낸드 플래시 메모리 셀로 구성된 메모리 블록(330)을 일 예로 도시하고 있으나, 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 장치(300)의 메모리 블록(330)은, 낸드 플래시 메모리에만 국한되는 것은 아니라 노어 플래시 메모리(NOR-type Flash memory), 적어도 두 종류 이상의 메모리 셀들이 혼합된 하이브리드 플래시 메모리, 및 메모리 칩 내에 컨트롤러가 내장된 One-NAND 플래시 메모리 등으로도 구현될 수 있다. 반도체 장치의 동작 특성은 전하 저장층이 전도성 부유 게이트로 구성된 플래시 메모리 장치는 물론, 전하 저장층이 절연막으로 구성된 차지 트랩형 플래시(Charge Trap Flash; CTF)에도 적용될 수 있다.

그리고, 메모리 장치(300)의 전압 공급부(310)는, 동작 모드에 따라서 각각의 워드라인들로 공급될 워드라인 전압들(예를 들면, 프로그램 전압, 리드 전압, 패스 전압 등)과, 메모리 셀들이 형성된 벌크(예를 들면, 웰 영역)로 공급될 전압을 제공할 수 있으며, 이때 전압 공급 회로(310)의 전압 발생 동작은 제어 회로(도시하지 않음)의 제어에 의해 수행될 수 있다. 또한, 전압 공급부(310)는, 다수의 리드 데이터를 생성하기 위해 복수의 가변 리드 전압들을 생성할 수 있으며, 제어 회로의 제어에 응답하여 메모리 셀 어레이의 메모리 블록들(또는 섹터들) 중 하나를 선택하고, 선택된 메모리 블록의 워드라인들 중 하나를 선택할 수 있으며, 워드라인 전압을 선택된 워드라인 및 비선택된 워드라인들로 각각 제공할 수 있다.

아울러, 메모리 장치(300)의 리드/라이트(read/write) 회로(320)는, 제어 회로에 의해서 제어되며, 동작 모드에 따라 감지 증폭기(sense amplifier)로서 또는 라이트 드라이버(write driver)로서 동작할 수 있다. 예를 들면, 검증/정상 리드 동작의 경우 리드/라이트 회로(320)는, 메모리 셀 어레이로부터 데이터를 리드하기 위한 감지 증폭기로서 동작할 수 있다. 또한, 프로그램 동작의 경우 리드/라이트 회로(320)는, 메모리 셀 어레이에 저장될 데이터에 따라 비트라인들을 구동하는 라이트 드라이버로서 동작할 수 있다. 리드/라이트 회로(320)는, 프로그램 동작 시 셀 어레이에 라이트될 데이터를 버퍼(미도시)로부터 수신하고, 입력된 데이터에 따라 비트라인들을 구동할 수 있다. 이를 위해, 리드/라이트 회로(320)는, 열(column)들(또는 비트라인들) 또는 열쌍(column pair)(또는 비트라인 쌍들)에 각각 대응되는 복수 개의 페이지 버퍼들(PB)(322,324,326)을 포함할 수 있으며, 각각의 페이지 버퍼(page buffer)(322,324,326)에는 복수의 래치들(도시하지 않음)이 포함될 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 비휘발성 메모리 시스템에서 에러 정정 기능을 위해 사용하는 LDPC 방식을 설명하기 위해 도시한 그래프이다.

도 4a를 참조하면, 비휘발성 메모리 시스템에서 에러 정정 기능을 위해 사용하는 LDPC 방식은, 기준리드레벨(VRR)을 중심에 두고 특정 간격(dA, dB, dC)을 갖는 인접한 리드레벨(-1/1, -2/2, -3/3)로 다수의 메모리 셀을 각각 리드한 뒤, 각각의 리드 동작에서 '1'값을 갖는 데이터의 개수 또는 '0'값을 갖는 데이터의 개수가 변동되는 값을 참조하여 LLR(Log-Likehood Ratio) 값을 설정하는 방식을 사용한다.

이렇게 결정된 LLR 값은 LDPC 방식의 에러 정정 능력에 큰 영향을 끼친다. 그 이유는 도 4b 및 도 4c에 도시된 것과 같이 다수의 메모리 셀이 어떠한 문턱전압레벨분포를 갖는지에 따라 기준리드레벨(VRR)에서 데이터를 리드하였을 때, 의도하지 않은 데이터가 리드될 확률, 즉, 에러 발생 빈도(error rate, E1, E2)가 확연하게 차이가 나기 때문이다.

구체적으로 도 4b를 참조하면, 다수의 메모리 셀 중 문턱전압레벨이 기준리드레벨(VRR)에 매우 인접한 메모리 셀들의 개수, 즉, 기준리드레벨(VRR)에서 리드된 데이터 값이 어떠한 값으로 리드될지 알 수 없는 메모리 셀의 개수가 두 개의 그래프(A, B)에서 확연하게 차이가 나는 것을 알 수 있다.

먼저, 다수의 메모리 셀 중 문턱전압레벨이 기준리드레벨(VRR)에 매우 인접한 메모리 셀들의 개수가 상대적으로 작은 그래프(A)에서는, 에러 발생 빈도(E1)가 상대적으로 작은 편이다. 즉, 기준리드레벨(VRR)에 인접한 설정된 레벨간격(VRR+K, VRR-K) 이내에 그 문턱전압레벨이 속한 메모리 셀들의 개수를 카운팅하였을 때, 그 값이 상대적으로 작은 편이다.

반대로, 다수의 메모리 셀 중 문턱전압레벨이 기준리드레벨(VRR)에 매우 인접한 메모리 셀들의 개수가 상대적으로 많은 그래프(B)에서는, 에러 발생 빈도(E2)가 상대적으로 높은 편이다. 즉, 기준리드레벨(VRR)에 인접한 설정된 레벨간격(VRR+K, VRR-K) 이내에 그 문턱전압레벨이 속한 메모리 셀들의 개수를 카운팅하였을 때, 그 값이 상대적으로 큰 편이다.

도 4c를 참조하면, LDPC 방식에서 에러 정정 동작이 충분히 효과적으로 이뤄지기 위해서는, 가우시안 모델(Gaussian model)을 바탕으로 다수의 메모리 셀이 갖는 문턱전압레벨 분포에 대응하는 시그마(SIGMA) 값에 따라 최적화된 LLR 값을 생성하기 위한 리드 간격(DELTA)이 결정되어야 함을 알 수 있다.

따라서, 다수의 메모리 셀이 갖는 문턱전압레벨 분포에 대응하는 시그마(SIGMA) 값이 상대적으로 작을 때는, 즉, 다수의 메모리 셀의 문턱전압레벨이 상대적으로 좁은 범위에서 분포될 때에는 LLR 값을 생성하기 위한 리드 간격(DELTA)이 상대적으로 작은 경우(LLR1)에도 충분히 효율적으로 LDPC 방식에서 에러 정정 동작을 수행하는 것이 가능하다.

반대로, 다수의 메모리 셀이 갖는 문턱전압레벨 분포에 대응하는 시그마(SIGMA) 값이 상대적으로 클 때는, 즉, 다수의 메모리 셀의 문턱전압레벨이 상대적으로 넓은 범위에서 분포될 때에는 LLR 값을 생성하기 위한 리드 간격(DELTA)이 상대적으로 큰 상태(LLR2)가 되어야만 충분히 효율적으로 LDPC 방식에서 에러 정정 동작을 수행하는 것이 가능하다.

정리하면, LDPC 방식을 사용하여 충분히 효율적으로 에러 정정 동작을 수행하기 위해서는, 기준리드레벨(VRR)을 중심으로 LLR 값을 생성하기 위한 리드 간격(DELTA)이 어느 정도를 유지하는지를 결정하는 동작이 매우 중요하다. 이때, LLR 값을 생성하기 위한 리드 간격(DELTA)을 결정하는 요소는 다수의 메모리 셀이 갖는 문턱전압레벨 분포에 대응하는 시그마(SIGMA) 값이라고 볼 수 있다. 하지만, 일반적인 비휘발성 메모리 장치에서는 다수의 메모리 셀에 스트레스를 가하는 동작, 예컨대, 리드/프로그램 사이클이 반복되는 동작(cycle) 또는 리드 동작에서 인접한 메모리 셀들 간에 간섭이 발생하는 동작(read disturb) 또는 리텐션 프로그램(retention) 등에 의해 다수의 메모리 셀이 갖는 문턱전압레벨 분포가 달라질 수 있다.

<제1 실시예>

도 5는 도 1에 도시된 메모리 시스템의 구성을 바탕으로 본 발명의 제1 실시예에 따른 특징적인 구성이 적용된 메모리 컨트롤러의 구성과 비활성화 메모리 장치의 구성을 상세히 도시한 블록 다이어그램이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템(50)은, 비휘발성 메모리 장치(500), 및 메모리 컨트롤러(520)를 포함한다. 여기서, 비휘발성 메모리 장치(500)는, 메모리 블록(501)을 포함한다. 그리고, 메모리 컨트롤러(520)는, 에러 동작부(522)와, 신호 생성부(524)와, 카운팅부(526)와, 저장부(528)와, 제1 연산부(521), 및 제2 연산부(523)를 포함한다.

본 발명의 특징적인 구성요소로서 메모리 컨트롤러(520)에 포함된 에러 동작부(522)는, LDPC(low density parity check) 방식을 사용하여 에러 정정 기능을 수행할 때, LDPC 방식의 성능에 큰 영향을 끼치는 LLR(Log-Likehood Ratio) 값을 제1 연산부(521)와 제2 연산부(523) 및 저장부(528)의 동작을 통해 찾아낸다. 즉, 제1 연산부(521)와 제2 연산부(523) 및 저장부(528)는, 메모리 블록(501)에 포함된 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨 분포값의 변동하는 것을 선형 방정식으로 연산하여 LDPC 방식의 에러 정정 기능에 최적화된 LLR 값을 예측할 수 있다. 따라서, 매우 빠르고 효과적으로 에러 정정 기능을 수행할 수 있다.

본 발명의 특징적인 구성요소로서 메모리 컨트롤러(520)에 포함된 에러 동작부(522)는, 본 발명의 특징적인 동작이 더 포함되긴 하지만 전술한 도 1에서 개시되었던 ECC 유닛(138)을 기능적으로 분류한 구성요소라고 볼 수 있다. 또한, 본 발명의 특징적인 구성요소로서 메모리 컨트롤러(520)에 포함된 제1 연산부(521)와 제2 연산부(523)와 카운팅부(526) 및 신호 생성부(524)는, 본 발명의 특징적인 동작이 더 포함되긴 하지만 전술한 도 1에서 개시되었던 프로세서(134)를 기능적으로 분류한 구성요소라고 볼 수 있다. 또한, 저장부(528)는, 본 발명의 특징적인 동작이 더 포함되긴 하지만 전술한 도 1에서 개시되었던 메모리(144)를 기능적으로 분류한 구성요소라고 볼 수 있다.

참고로, 도 5에 개시된 메모리 블록(501)은, 그 내부가 구체적으로 도시되진 않았지만 도 3에 도시된 것과 같은 메모리 블록(330)과 동일한 구성이라고 볼 수 있다. 따라서, 도 5에 메모리 블록(501)에는 다수의 메모리 셀이 포함된다. 또한, 이후에 개시되는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 도시한 도면에서 메모리 블록(501)의 내부가 구체적으로 도시되지 않아도 다수의 메모리 셀이 포함되었다고 볼 수 있다.

도 6은 도 5에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템을 보다 상세히 도시한 블록 다이어그램이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템(50)은, 비휘발성 메모리 장치(500), 및 메모리 컨트롤러(520)를 포함한다. 여기서, 비휘발성 메모리 장치(500)는, 메모리 블록(501) 및 리드 동작부(504)을 포함한다. 그리고, 메모리 컨트롤러(520)는, 에러 동작부(522)와, 신호 생성부(524)와, 카운팅부(526)와, 저장부(528)와, 제1 연산부(521), 및 제2 연산부(523)를 포함한다.

비활성화 메모리 장치(500)는, 리드 동작부(504)를 통해 공급되는 기준리드레벨(VRR)을 사용하여 메모리 블록(501)에 포함된 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 노말 데이터(NM_DATA)로서 리드한다.

하지만, 비활성화 메모리 장치(500)는, 노말 데이터(NM_DATA)에서 발생한 에러를 에러 동작부(522) 내부의 동작만으로 복구하지 못하게 되어 에러 동작 모드(ERM)에 진입하는 경우, N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>)을 각각 사용하여 메모리 블록(501)에 포함된 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 N개의 분포 데이터(DT_DATA<1:N>)로서 리드하고, N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)을 각각 사용하여 메모리 블록(501)에 포함된 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 N개의 측정 데이터(RT_DATA<1:N>)로서 리드한다. 이때, N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>)과 N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)은 각각 번갈아가면서 순차적으로 사용된다. 예컨대, 제1 분포리드레벨(DT_VRR<1>)을 사용하여 제1 분포 데이터(DT_DATA<1>)가 리드되면, 그 다음 순서로 제1 측정리드레벨(RT_VRR<1>)을 사용하여 제1 측정 데이터(RT_DATA<1>)가 리드된다. 이어서, 제2 분포리드레벨(DT_VRR<2>)을 사용하여 제2 분포 데이터(DT_DATA<2>)가 리드되면, 그 다음 순서로 제2 측정리드레벨(RT_VRR<2>)을 사용하여 제2 측정 데이터(RT_DATA<2>)가 리드된다. 이와 같은 방식으로, N개의 분포 데이터(DT_DATA<1:N>)와 N개의 측정 데이터(RT_DATA<1:N>)는 서로 번갈아 가면서 리드되어 메모리 컨트롤러(520)로 전송된다.

리드 동작부(504)는, 메모리 컨트롤러(520)로부터 전달되는 레벨제어신호(LV_CON)에 응답하여 기준리드레벨(VRR) 또는 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 또는 N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)을 생성하고, 이를 기준으로 메모리 블록(501)에 포함된 다수의 메모리 셀의 데이터를 노말 데이터(NM_DATA) 또는 N개의 분포 데이터(DT_DATA<1:N>) 또는 N개의 측정 데이터(RT_DATA<1:N>)로서 리드한다. 즉, 리드 동작부(504)는, 에러 동작 모드(ERM)의 탈출구간에 대응하는 레벨제어신호(LV_CON)의 값에 응답하여 기준리드레벨(VRR)을 생성하고, 생성된 기준리드레벨(VRR)을 기준으로 메모리 블록(501)에 포함된 다수의 메모리 셀의 데이터를 노말 데이터(NM_DATA)로서 리드한다. 또한, 리드 동작부(504)는, 에러 동작 모드(ERM)의 진입구간에 대응하는 레벨제어신호(LV_CON)의 값에 응답하여 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 또는 N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)을 생성하고, 생성된 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 또는 N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)을 기준으로 메모리 블록(501)에 포함된 다수의 메모리 셀의 데이터를 N개의 분포 데이터(DT_DATA<1:N>) 또는 N개의 측정 데이터(RT_DATA<1:N>)로서 리드한다. 이때, 레벨제어신호(LV_CON)는, 'N'의 크기에 따라 몇 비트의 정보를 포함하는지가 달라질 수 있다. 예컨대, 'N'이 '6'이면, 1개의 기준리드레벨(VRR)과 6개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 및 6개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)을 각각 선택할 수 있도록 레벨제어신호(LV_CON)에 최소 4비트가 정보가 포함되어야 할 것 이다.

메모리 컨트롤러(520)는, 에러 동작 모드(ERM)에서 탈출한 상태일 때에는 비휘발성 메모리 장치(500)의 메모리 블록(501)에 저장된 데이터를 노말 데이터(NM_DATA)로서 리드하며, 리드된 노말 데이터(NM_DATA)에 대해 에러가 발생하였는지 여부를 체크한다.

그리고, 메모리 컨트롤러(520)는, 리드된 노말 데이터(NM_DATA)에서 에러가 발생한 경우에도 에러 동작부(522)가 단독으로 동작하여 스스로 복구 가능한 경우에는 에러 동작 모드(ERM)에 진입하지 않고, 데이터를 복구한다. 하지만, 리드된 노말 데이터(NM_DATA)에 발생한 에러가 에러 동작부(522)에서 단독으로 동작하여 스스로 복구 할 수 없는 경우에는 에러 동작 모드(ERM)에 진입하여 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 기준으로 에러가 발생한 노말 데이터(NM_DATA)를 복구한다.

이때, 복구리드레벨간격(SAS_VRR)은 메모리 컨트롤러(520) 내부에서 신호 생성부(524)와 카운팅부(526)와 제1 연산부(521)와 제2 연산부(523) 및 저장부(528)의 동작을 통해 연산된다. 즉, 메모리 컨트롤러(520)는, 기준리드레벨(VRR)을 사용하여 다수의 메모리 셀에서 리드한 노말 데이터(NM_DATA)에 에러가 발생한 경우, 에러 동작부(522)에서 에러가 발생한 노말 데이터(NM_DATA)를 복구하기에 앞서서 신호 생성부(524)와 카운팅부(526)와 제1 연산부(521)와 제2 연산부(523) 및 저장부(528)을 통해 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 연산하는 동작을 먼저 수행한다.

구체적으로, 메모리 컨트롤러(520)는, 기준리드레벨(VRR)을 중심으로 설정된 리드레벨간격(dT)을 유지하는 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 각각에서 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값을 측정하여 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)을 생성하고, N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>) 각각이 변동하는 것을 선형 방정식으로 연산하여 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 결정한다. 이렇게, 복구리드레벨간격(SEL_VRR)이 결정된 이후 에러가 발생한 노말 데이터(NM_DATA)를 복구하게 된다. 이때, 메모리 컨트롤러(520)는, 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 대수 가능도비(Log-Likehood Ratio : LLR)의 리드간격으로 입력받아 에러가 발생한 노말 데이터(NM_DATA)에 대해 저밀도 패리티 검사(Low Density Parity Check : LDPC)를 수행하여 그 값을 복구한다.

그리고, 메모리 컨트롤러(520)에서 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>)을 각각 사용하여 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨 분포값을 나타내는 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)을 생성하기 위해서는 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 뿐만 아니라 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>)에서 최소리드레벨간격만큼 각각 인접한 N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)도 사용된다. 즉, N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 및 N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)은 각각 서로 최소리드레벨간격만큼 인접한 상태를 유지시킴으로써, 어느 하나의 분포리드레벨 및 그에 대응하는 측정리드레벨을 각각 사용하여 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 각각 리드한 뒤 리드된 두 데이터 값의 차이가 곧 어느 하나의 분포리드레벨을 사용하여 측정할 수 있는 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값을 나타내는 어느 하나의 분포측정값이 된다. 예컨대, 첫 번째 분포리드레벨(DT_VRR<1>)과 그에 최소리드레벨간격만큼 인접하는 첫 번째 측정리드레벨(RT_VRR<1>)을 각각 사용하여 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 첫 번째 분포 데이터(DT_DATA<1>) 및 첫 번째 측정 데이터(RT_DATA<1>)로서 각각 리드한 후, 첫 번째 분포 데이터(DT_DATA<1>)와 첫 번째 측정 데이터(RT_DATA<1>) 값의 차이를 카운팅하게 되면 곧 첫 번째 분포리드레벨(DT_VRR<1>)을 사용하여 측정할 수 있는 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값을 나타내는 첫 번째 분포측정값(DT_DIFF<1>)이 된다. 즉, 첫 번째 분포 데이터(DT_DATA<1>) 값에서 '1'인 경우가 'K'개 라고 가정하고, 첫 번째 측정 데이터(RT_DATA<1>) 값에서 '1'인 경우가 'L'개 라고 가정하면, 'K-L'개가 첫 번째 분포측정값(DT_DIFF<1>)이 될 것이다. 마찬가지로, 세 번째 분포리드레벨(DT_VRR<3>)과 그에 최소리드레벨간격만큼 인접하는 세 번째 측정리드레벨(RT_VRR<3>)을 각각 사용하여 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 세 번째 분포 데이터(DT_DATA<3>) 및 세 번째 측정 데이터(RT_DATA<3>)로서 각각 리드한 후, 세 번째 분포 데이터(DT_DATA<3>)와 세 번째 측정 데이터(RT_DATA<3>) 값의 차이를 카운팅하게 되면 곧 세 번째 분포리드레벨(DT_VRR<3>)을 사용하여 측정할 수 있는 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값을 나타내는 세 번째 분포측정값(DT_DIFF<3>)이 된다. 즉, 세 번째 분포 데이터(DT_DATA<3>) 값에서 '1'인 경우가 'S'개 라고 가정하고, 세 번째 측정 데이터(RT_DATA<3>) 값에서 '1'인 경우가 'D'개 라고 가정하면, 'S-D'개가 세 번째 분포측정값(DT_DIFF<3>)이 될 것이다.

참고로, N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 및 N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)의 인접상태를 나타내는 '최소리드레벨간격'은 절대적인 값이 아니다. 즉, '최소리드레벨간격'이 어느 정도의 리드레벨간격을 가질지는 비휘발성 메모리 장치의 특성에 따라 얼마든지 조절될 수 있다. 즉, '최소리드레벨간격'은 일반적으로 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 리드하기 위해 조절 가능한 가장 작은 리드레벨 간격을 의미하며, 비휘발성 메모리 장치(500)의 리드 동작부(504)가 어느 정도로 세밀한 리드레벨 간격 차이를 두고 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 리드할 수 있는지에 따라 그 값이 달라질 수 있다. 따라서, N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 및 N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)이 각각 어느 정도 인접한 리드레벨차이를 가질지는 설계자에 의해 얼마든지 조절 가능한 사항이다.

한편, 메모리 컨트롤러(520)에서 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 결정하기 위해 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>)이 각각이 유지해야하는 설정된 리드레벨간격(dT)은 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 리드하기 위해 조절 가능한 최소리드레벨간격이 K번 연속되는 만큼을 합친 리드레벨간격이다. 예컨대, 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 리드하기 위해 조절 가능한 최소 리드레벨간격이 '0.1V'이고, 'K'는 '8'라고 가정하면, 설정된 리드레벨간격(dT)은 '0.8V'가 되어 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 각각은 '0.8V'의 리드레벨간격(dT)을 갖는 상태로 설정되는 형태가 될 수 있다.

이때, 설정된 리드레벨간격(dT)이 '최소리드레벨간격'을 K번 반복한 것을 합친 리드레벨 간격을 가져야 하는 이유는 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값이 어떤 기울기를 갖는 상태로 변동하는지를 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)에 충분히 반영할 수 있어야 하기 때문이다. 즉, N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>)에서 시작 분포리드레벨(DT_VRR<1>)과 끝 분포리드레벨(DT_VRR<N>) 사이에 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값이 변동하는 모양이 일정부분 이상 포함되어 있을 때, N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)을 사용하여 효과적인 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 연산하는 것이 가능하기 때문이다. 예컨대, 도 7a에 도시된 것과 같이 'N'이 '6'인 경우, 기준리드레벨(VRR)을 중심으로 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값이 크게 변동하는 부분을 모두 포함할 수 있을 정도로 충분한 크기의 설정된 리드레벨간격(dT)을 유지한 상태에서 6개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)이 결정되도록 설정되는 것을 알 수 있다.

한편, 'N'과 'K'의 값은 각각 적어도 2보다 큰 자연수 중에서 설계자에 의해 얼마든지 조절 가능한 값이다. 다만, 'N'과 'K'의 값이 각각 적절하게 조절될 때, 효과적인 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 빠르게 연산하는 것이 가능하다. 즉, N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>)에서 시작 분포리드레벨(DT_VRR<1>)과 끝 분포리드레벨(DT_VRR<N>) 사이의 리드레벨간격이 결정된 상태에서 'N'의 값이 너무 크고 그에 대응하여 'K'의 값이 너무 작으면, 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값이 변동하는 모양이 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)에 보다 충분히 반영되어 보다 정확한 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 결정하는 것이 가능하지만, 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 결정하기 위해 메모리 컨트롤러(520)에서 수행하는 동작의 횟수가 너무 많아질 수 있다. 반대로, 'N'의 값이 너무 작고 그에 대응하여 'K'의 값이 너무 크면, 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 결정하기 위해 메모리 컨트롤러(520)에서 수행하는 동작의 횟수를 크게 줄일 수 있지만, 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값이 변동하는 모양이 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)에 충분히 반영되지 못할 가능성이 높으므로 그 정확도가 떨어지는 상태로 복구리드레벨간격(SAS_VRR)이 결정될 수 있다.

그리고, 메모리 컨트롤러(520)에서 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>) 각각이 변동하는 것을 선형 방정식으로 연산하여 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 결정하는 과정을 도 7b와 도 7c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>) 각각의 값을 설정된 리드레벨간격(dT)을 구분하기 위한 K번의 최소리드레벨간격으로 나눠서 N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>)을 생성한다. 이후, N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>) 각각의 값이 변동하는 것을 선형 방정식으로 연장하여 기준리드레벨(VRR)을 중심으로 양쪽 방향에서 레벨값 절편에 해당하는 리드레벨 사이를 복구리드레벨간격(SAS_VRR)으로서 결정한다.

여기서, N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>)을 생성하는 이유는, N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)보다 N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>)이 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 변동값이 변동하는 모양을 보다 정확하게 반영할 수 있기 때문이다. 즉, 전술한 바와 같이 설정된 리드레벨간격(dT)을 작게 가져가면 가져갈수록 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 변동값이 변동하는 모양을 보다 정확하게 반영할 수 있지만, 그렇다고 설정된 리드레벨간격(dT)을 너무 작게 가져가면 메모리 컨트롤러(520)에서 수행해야 하는 동작이 너무 늘어나기 때문이다. 따라서, 본 발명에서는 충분히 큰 값을 갖는 설정된 리드레벨간격(dT)을 사용하여 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)을 생성한 후, N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)을 최소리드레벨간격에 해당하는 'K'로 나눠주는 동작을 통해 N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>) 각각의 사이에서 최소리드레벨간격마다 평균적으로 변동하는 메모리 셀의 문턱전압레벨 분포값 변동을 측정하는 방법을 사용한다.

예컨대, 'N'이 '6'인 것을 예를 들어 설명한 도 7b를 참조하면, 6개의 분포측정값(DT_DIFF<1:6>)인 'PA, PB, PC, PD, PE'는, 6개의 분포측정값(DT_DIFF<1:6>) 사이에 문턱전압레벨이 포함된 모든 메모리 셀이 누적된 형태로 카운팅된 상태이므로, 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 실제 변동값(R)보다 높은 변동값(RR)을 갖는 상태인 것을 알 수 있다. 하지만, 6개의 분포측정값(DT_DIFF<1:6>)인 'PA, PB, PC, PD, PE'을 'K'로 나누는 연산을 수행하여 생성한 6개의 분포변동값(VA_DIFF<1:6>)인 'A, B, C, D, E'는 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 실제 변동값(R)과 거의 유사한 상태에서 변동값(GR)이 결정되는 것을 알 수 있다.

도 7b에서 6개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>)을 좀 더 확대하여 도시한 도 7c를 참조하면, 6개의 분포변동값(VA_DIFF<1:6>)인 'A, B, C, D, E'중 기준리드레벨(VRR)을 중심으로 일측 방향(1)에 해당하는 3개의 분포변동값(VA_DIFF<4:6>)인 'C, D, E'는, 그 값이 'dA'만큼씩 가변하는 것을 알 수 있다. 따라서, 일측 방향(1)에서 기준리드레벨(VRR)을 넘어서서 연장되는 메모리 셀의 분포값 기울기는 'dA'를 계속 유지할 것으로 예상하여 선형 그래프(GRPA)를 연장할 수 있다. 또한, 6개의 분포변동값(VA_DIFF<1:6>)인 'A, B, C, D, E'중 기준리드레벨(VRR)을 중심으로 타측 방향(2)에 해당하는 3개의 분포변동값(VA_DIFF<3:1>)인 'C, B, A'는, 그 값이 'dB'만큼씩 가변하는 것을 알 수 있다. 따라서, 타측 방향(2)에서 기준리드레벨(VRR)을 넘어서서 연장되는 메모리 셀의 분포값 기울기는 'dB'를 계속 유지할 것으로 예상하여 선형 그래프(GRPB)를 연장할 수 있다. 이렇게 결정된 선형 그래프(GRPA, GRPB)의 레벨값 절편에 해당하는 리드레벨(+MAX, -MAX) 사이를 복구리드레벨간격(SAS_VRR)으로 결정하면, 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값이 변동이 복구리드레벨간격(SAS_VRR)에 반영되었다고 볼 수 있다.

신호 생성부(524)는, 에러 동작 모드(ERM) 탈출구간에서 리드 동작부(504)로부터 노말 데이터(NM_DATA)가 리드되도록 제어하기 위한 값을 갖는 레벨제어신호(LV_CON)를 생성하고, 에러 동작 모드(ERM) 진입구간에서 리드 동작부(504)로부터 N개의 분포 데이터(DT_DATA<1:N>) 또는 N개의 측정 데이터(RT_DATA<1:N>)가 리드되도록 제어하기 위한 값을 갖는 레벨제어신호(LV_CON)를 생성한다. 즉, 신호 생성부(524)는, 레벨제어신호(LV_CON)의 값을 조절해줌으로써 메모리 블록(501)에서 데이터를 리드할 때, 어떤 리드전압을 사용할지를 결정해주는 역할을 한다. 이때, 레벨제어신호(LV_CON)는, 'N'의 크기에 따라 여러 비트의 정보를 포함하는 신호가 될 수 있다.

카운팅부(526)는, 에러 동작 모드(ERM)의 진입구간에서 N개의 분포 데이터(DT_DATA<1:N>)와 N개의 측정 데이터(RT_DATA<1:N>)의 차이를 각각 카운팅하여 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)을 생성한다.

저장부(528)는, N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>) 및 N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>)을 저장한다. 즉, 저장부(528)는, 카운팅부(526)의 동작과 제1 연산부(521)의 동작 및 제2 연산부(523)의 동작 사이에 그 값을 유지하고 있어야 하는 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>) 및 N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>)을 저장한다.

이때, 저장부(528)는, N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)을 각각 저장하기 위한 N개의 제1 저장공간(미도시)와 N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>)을 각각 저장하기 위한 N개의 제2 저장공간(미도시)을 포함하는 형태로 구성될 수 있다. 이와 같은 경우, 제1 연산부(521)의 동작이 병렬적으로 이루어질 수 있다. 즉, N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)을 병렬로 한 번에 리드한 후, 모든 연산을 병렬로 처리한 후 그 결과 생성된 N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>)을 병렬로 한 번에 저장하는 것이 가능하다.

그리고, 카운팅부(526)가 동작한 후 제1 연산부(521)가 동작하고, 그 이후에 제2 연산부(523)가 동작하는 형태이기 때문에 저장부(528)는, 카운팅부(526)가 동작한 결과에 응답하여 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)을 각각 저장하고, 제1 연산부(521)의 동작한 결과에 응답하여 N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>)을 각각 저장하기 위한 N개의 저장공간(미도시)를 포함하는 형태로 구성될 수도 있다. 이와 같은 경우, 제1 연산부(521)의 동작이 병렬적으로 이루어질 수 없다. 즉, N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)을 순차적으로 하나씩 읽어서 연산을 수행한 후 그 결과 하나씩 생성되는 N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>)을 순차적으로 하나씩 저장해야 한다.

제1 연산부(521)는, 저장부(528)에 저장된 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>) 각각의 값을 리드하여 설정된 리드레벨간격(dT)을 구분하기 위한 K번의 최소리드레벨간격으로 나누는 연산을 수행한 뒤, 연산결과 생성된 N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>)을 저장부(528)에 저장한다.

제2 연산부(523)는, 저장부(528)에 저장된 N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>) 각각의 값을 리드하여 그 값이 변동하는 것을 연산하여 선형 방정식을 생성한 뒤, 연산결과 생성된 선형 방정식을 연장하여 기준리드레벨(VRR)을 중심으로 양쪽 방향에서 레벨값 절편에 해당하는 리드레벨을 찾아내고, 찾아낸 두 개의 리드레벨 사이를 복구리드레벨간격(SAS_VRR)으로서 결정한다.

에러 동작부(522)는, 에러 동작 모드(ERM) 탈출구간에서 노말 데이터(NM_DATA)에 대해 에러 발생 여부를 검출하여 에러 동작 모드(ERM)의 진입여부를 결정한다. 구체적으로, 에러 동작부(522)는, 에러 동작 모드(ERM)의 탈출구간에서 비활성화 메모리 장치(500)로부터 리드된 노말 데이터(NM_DATA)의 에러 발생 여부를 검출하는 동작을 수행하면서 에러가 발생하는 경우 에러 동작 모드(ERM)에 진입하고 에러가 발생하지 않는 경우 에러 동작 모드(ERM) 탈출 상태를 계속 유지한다. 이때, 노말 데이터(NM_DATA)에 에러가 발생하는 기준은 에러 동작부(522)에서 즉시 복구가 불가능한 에러가 발생하는 경우를 의미한다. 예컨대, 노말 데이터(NM_DATA)가 16비트 데이터라고 가정하면, 그 중 1비트 내지 2비트의 에러까지는 패리티 검사 방식과 같은 간단한 동작을 통해 에러 동작부(522)에서 즉시 복구가 가능하기 때문에 에러가 발생한 것으로 판단하지 않는다. 하지만, 3비트를 넘어서는 에러는 즉시 복구가 불가능하므로 에러가 발생한 것으로 판단한다. 참고로, 에러 동작부(522)에서 어떤 기준으로 에러 발생여부를 판단할지는 설계자에 의해 얼마든지 달라질 수 있다.

또한, 에러 동작부(522)는, 에러 동작 모드(ERM)의 진입구간에서 제2 연산부(523)에 의해 결정된 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 기준으로 에러가 발생한 노말 데이터(NM_DATA)의 에러를 복구한다. 즉, 에러 동작부(522)는, 에러 동작 모드 진입구간에서 제2 연산부(523)에 의해 결정된 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 대수 가능도비(Log-Likehood Ratio : LLR)의 리드간격으로 입력받아 에러가 발생한 노말 데이터(NM_DATA)에 대해 저밀도 패리티 검사(Low Density Parity Check : LDPC)를 수행하여 그 값을 복구한다. 따라서, 에러 동작부(522)는, 비휘발성 메모리 장치(500)에 포함된 다수의 메모리 셀이 어떠한 형태의 문턱전압레벨 분포를 갖는지에 대한 정보가 대수 가능도비(Log-Likehood Ratio : LLR)의 리드간격에 반영된 상태에서 저밀도 패리티 검사(Low Density Parity Check : LDPC)를 수행하여 에러가 발생한 노말 데이터(NM_DATA)를 복구할 수 있다.

<제2 실시예>

도 8은 도 1에 도시된 메모리 시스템의 구성을 바탕으로 본 발명의 제2 실시예에 따른 특징적인 구성이 적용된 메모리 컨트롤러의 구성과 비활성화 메모리 장치의 구성을 상세히 도시한 블록 다이어그램이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템(80)은, 비휘발성 메모리 장치(800), 및 메모리 컨트롤러(820)를 포함한다. 여기서, 비휘발성 메모리 장치(800)는, 메모리 블록(801)과, 제1 저장부(808), 및 카운팅부(806)를 포함한다. 그리고, 메모리 컨트롤러(820)는, 에러 동작부(822)와, 신호 생성부(824)와, 제2 저장부(827)와, 제1 연산부(821), 및 제2 연산부(823)를 포함한다.

본 발명의 특징적인 구성요소로서 메모리 컨트롤러(820)에 포함된 에러 동작부(822)는, LDPC(low density parity check) 방식을 사용하여 에러 정정 기능을 수행할 때, LDPC 방식의 성능에 큰 영향을 끼치는 LLR(Log-Likehood Ratio) 값을 제1 연산부(821)와 제2 연산부(823) 및 제2 저장부(827)의 동작을 통해 찾아낸다. 즉, 제1 연산부(821)와 제2 연산부(823) 및 제2 저장부(827)는, 메모리 블록(801)에 포함된 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨 분포값의 변동하는 것을 선형 방정식으로 연산하여 LDPC 방식의 에러 정정 기능에 최적화된 LLR 값을 예측할 수 있다. 따라서, 매우 빠르고 효과적으로 에러 정정 기능을 수행할 수 있다.

본 발명의 특징적인 구성요소로서 메모리 컨트롤러(820)에 포함된 에러 동작부(822)는, 본 발명의 특징적인 동작이 더 포함되긴 하지만 전술한 도 1에서 개시되었던 ECC 유닛(138)을 기능적으로 분류한 구성요소라고 볼 수 있다. 또한, 본 발명의 특징적인 구성요소로서 메모리 컨트롤러(820)에 포함된 제1 연산부(821)와 제2 연산부(823) 및 신호 생성부(824)는, 본 발명의 특징적인 동작이 더 포함되긴 하지만 전술한 도 1에서 개시되었던 프로세서(134)를 기능적으로 분류한 구성요소라고 볼 수 있다. 또한, 제2 저장부(827)는, 본 발명의 특징적인 동작이 더 포함되긴 하지만 전술한 도 1에서 개시되었던 메모리(144)를 기능적으로 분류한 구성요소라고 볼 수 있다. 그리고, 비휘발성 메모리 장치(800)에 포함되는 카운팅부(806)와 제1 저장부(808)는, 도 1에서는 전혀 개시되지 않았던 구성요소로서 본 발명의 제2 실시예를 위해 비휘발성 메모리 장치(800)에 새롭게 추가되어야 하는 구성요소이다.

참고로, 도 8에 개시된 메모리 블록(801)은, 그 내부가 구체적으로 도시되진 않았지만 도 3에 도시된 것과 같은 메모리 블록(330)과 동일한 구성이라고 볼 수 있다. 따라서, 도 8에 메모리 블록(801)에는 다수의 메모리 셀이 포함된다. 또한, 이후에 개시되는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 도시한 도면에서 메모리 블록(801)의 내부가 구체적으로 도시되지 않아도 다수의 메모리 셀이 포함되었다고 볼 수 있다.

도 9는 도 8에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템을 보다 상세히 도시한 블록 다이어그램이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 비휘발성 메모리 시스템(80)은, 비휘발성 메모리 장치(800), 및 메모리 컨트롤러(820)를 포함한다. 여기서, 비휘발성 메모리 장치(800)는, 메모리 블록(801)과 리드 동작부(804)와 카운팅부(806) 및 제1 저장부(808)를 포함한다. 그리고, 메모리 컨트롤러(820)는, 에러 동작부(822)와, 신호 생성부(824)와, 제2 저장부(827)와, 제1 연산부(821), 및 제2 연산부(823)를 포함한다.

비활성화 메모리 장치(800)는, 리드 동작부(804)를 통해 공급되는 기준리드레벨(VRR)을 사용하여 메모리 블록(801)에 포함된 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 노말 데이터(NM_DATA)로서 리드한다.

하지만, 비활성화 메모리 장치(800)는, 노말 데이터(NM_DATA)에서 발생한 에러를 에러 동작부(822) 내부의 동작만으로 복구하지 못하게 되어 에러 동작 모드(ERM)에 진입하는 경우, N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>)을 각각 사용하여 메모리 블록(801)에 포함된 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 N개의 분포 데이터(DT_DATA<1:N>)로서 리드하고, N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)을 각각 사용하여 메모리 블록(801)에 포함된 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 N개의 측정 데이터(RT_DATA<1:N>)로서 리드한다. 이때, N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>)과 N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)은 각각 번갈아가면서 순차적으로 사용된다. 예컨대, 제1 분포리드레벨(DT_VRR<1>)을 사용하여 제1 분포 데이터(DT_DATA<1>)가 리드되면, 그 다음 순서로 제1 측정리드레벨(RT_VRR<1>)을 사용하여 제1 측정 데이터(RT_DATA<1>)가 리드된다. 이어서, 제2 분포리드레벨(DT_VRR<2>)을 사용하여 제2 분포 데이터(DT_DATA<2>)가 리드되면, 그 다음 순서로 제2 측정리드레벨(RT_VRR<2>)을 사용하여 제2 측정 데이터(RT_DATA<2>)가 리드된다. 이와 같은 방식으로, N개의 분포 데이터(DT_DATA<1:N>)와 N개의 측정 데이터(RT_DATA<1:N>)는 서로 번갈아 가면서 리드된다.

비휘발성 메모리 장치(800)에서 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>)을 각각 사용하여 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨 분포값을 나타내는 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)을 생성하기 위해서는 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 뿐만 아니라 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>)에서 최소리드레벨간격만큼 각각 인접한 N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)도 사용된다. 즉, N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 및 N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)은 각각 서로 최소리드레벨간격만큼 인접한 상태를 유지시킴으로써, 어느 하나의 분포리드레벨 및 그에 대응하는 측정리드레벨을 각각 사용하여 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 각각 리드한 뒤 리드된 두 데이터 값의 차이가 곧 어느 하나의 분포리드레벨을 사용하여 측정할 수 있는 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값을 나타내는 어느 하나의 분포측정값이 된다. 예컨대, 첫 번째 분포리드레벨(DT_VRR<1>)과 그에 최소리드레벨간격만큼 인접하는 첫 번째 측정리드레벨(RT_VRR<1>)을 각각 사용하여 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 첫 번째 분포 데이터(DT_DATA<1>) 및 첫 번째 측정 데이터(RT_DATA<1>)로서 각각 리드한 후, 첫 번째 분포 데이터(DT_DATA<1>)와 첫 번째 측정 데이터(RT_DATA<1>) 값의 차이를 카운팅하게 되면 곧 첫 번째 분포리드레벨(DT_VRR<1>)을 사용하여 측정할 수 있는 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값을 나타내는 첫 번째 분포측정값(DT_DIFF<1>)이 된다. 즉, 첫 번째 분포 데이터(DT_DATA<1>) 값에서 '1'인 경우가 'K'개 라고 가정하고, 첫 번째 측정 데이터(RT_DATA<1>) 값에서 '1'인 경우가 'L'개 라고 가정하면, 'K-L'개가 첫 번째 분포측정값(DT_DIFF<1>)이 될 것이다. 마찬가지로, 세 번째 분포리드레벨(DT_VRR<3>)과 그에 최소리드레벨간격만큼 인접하는 세 번째 측정리드레벨(RT_VRR<3>)을 각각 사용하여 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 세 번째 분포 데이터(DT_DATA<3>) 및 세 번째 측정 데이터(RT_DATA<3>)로서 각각 리드한 후, 세 번째 분포 데이터(DT_DATA<3>)와 세 번째 측정 데이터(RT_DATA<3>) 값의 차이를 카운팅하게 되면 곧 세 번째 분포리드레벨(DT_VRR<3>)을 사용하여 측정할 수 있는 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값을 나타내는 세 번째 분포측정값(DT_DIFF<3>)이 된다. 즉, 세 번째 분포 데이터(DT_DATA<3>) 값에서 '1'인 경우가 'S'개 라고 가정하고, 세 번째 측정 데이터(RT_DATA<3>) 값에서 '1'인 경우가 'D'개 라고 가정하면, 'S-D'개가 세 번째 분포측정값(DT_DIFF<3>)이 될 것이다.

참고로, N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 및 N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)의 인접상태를 나타내는 '최소리드레벨간격'은 절대적인 값이 아니다. 즉, '최소리드레벨간격'이 어느 정도의 리드레벨간격을 가질지는 비휘발성 메모리 장치의 특성에 따라 얼마든지 조절될 수 있다. 즉, '최소리드레벨간격'은 일반적으로 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 리드하기 위해 조절 가능한 가장 작은 리드레벨 간격을 의미하며, 비휘발성 메모리 장치(800)의 리드 동작부(804)가 어느 정도로 세밀한 리드레벨 간격 차이를 두고 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 리드할 수 있는지에 따라 그 값이 달라질 수 있다. 따라서, N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 및 N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)이 각각 어느 정도 인접한 리드레벨차이를 가질지는 설계자에 의해 얼마든지 조절 가능한 사항이다.

리드 동작부(804)는, 메모리 컨트롤러(820)로부터 전달되는 레벨제어신호(LV_CON)에 응답하여 기준리드레벨(VRR) 또는 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 또는 N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)을 생성하고, 이를 기준으로 메모리 블록(801)에 포함된 다수의 메모리 셀의 데이터를 노말 데이터(NM_DATA) 또는 N개의 분포 데이터(DT_DATA<1:N>) 또는 N개의 측정 데이터(RT_DATA<1:N>)로서 리드한다. 즉, 리드 동작부(804)는, 에러 동작 모드(ERM)의 탈출구간에 대응하는 레벨제어신호(LV_CON)의 값에 응답하여 기준리드레벨(VRR)을 생성하고, 생성된 기준리드레벨(VRR)을 기준으로 메모리 블록(801)에 포함된 다수의 메모리 셀의 데이터를 노말 데이터(NM_DATA)로서 리드한다. 또한, 리드 동작부(804)는, 에러 동작 모드(ERM)의 진입구간에 대응하는 레벨제어신호(LV_CON)의 값에 응답하여 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 또는 N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)을 생성하고, 생성된 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 또는 N개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)을 기준으로 메모리 블록(801)에 포함된 다수의 메모리 셀의 데이터를 N개의 분포 데이터(DT_DATA<1:N>) 또는 N개의 측정 데이터(RT_DATA<1:N>)로서 리드한다. 이때, 레벨제어신호(LV_CON)는, 'N'의 크기에 따라 몇 비트의 정보를 포함하는지가 달라질 수 있다. 예컨대, 'N'이 '6'이면, 1개의 기준리드레벨(VRR)과 6개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 및 6개의 측정리드레벨(RT_VRR<1:N>)을 각각 선택할 수 있도록 레벨제어신호(LV_CON)에 최소 4비트가 정보가 포함되어야 할 것 이다.

카운팅부(806)는, 에러 동작 모드(ERM)의 진입구간에서 N개의 분포 데이터(DT_DATA<1:N>)와 N개의 측정 데이터(RT_DATA<1:N>)의 차이를 각각 카운팅하여 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)을 생성한다.

제1 저장부(808)는, N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)을 저장한다. 즉, 제1 저장부(808)는, 카운팅부(806)의 동작결과 생성되는 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)을 저장한다.

메모리 컨트롤러(820)는, 에러 동작 모드(ERM)에서 탈출한 상태일 때에는 비휘발성 메모리 장치(800)의 메모리 블록(801)에 저장된 데이터를 노말 데이터(NM_DATA)로서 리드하며, 리드된 노말 데이터(NM_DATA)에 대해 에러가 발생하였는지 여부를 체크한다.

그리고, 메모리 컨트롤러(820)는, 리드된 노말 데이터(NM_DATA)에서 에러가 발생한 경우에도 에러 동작부(822)가 단독으로 동작하여 스스로 복구 가능한 경우에는 에러 동작 모드(ERM)에 진입하지 않고, 데이터를 복구한다. 하지만, 리드된 노말 데이터(NM_DATA)에 발생한 에러가 에러 동작부(822)에서 단독으로 동작하여 스스로 복구 할 수 없는 경우에는 에러 동작 모드(ERM)에 진입하여 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 기준으로 에러가 발생한 노말 데이터(NM_DATA)를 복구한다.

이때, 복구리드레벨간격(SAS_VRR)은 메모리 컨트롤러(820) 내부에서 신호 생성부(824)와 제1 연산부(821)와 제2 연산부(823) 및 제2 저장부(827)의 동작을 통해 연산된다. 즉, 메모리 컨트롤러(820)는, 기준리드레벨(VRR)을 사용하여 다수의 메모리 셀에서 리드한 노말 데이터(NM_DATA)에 에러가 발생한 경우, 에러 동작부(822)에서 에러가 발생한 노말 데이터(NM_DATA)를 복구하기에 앞서서 신호 생성부(824)와 제1 연산부(821)와 제2 연산부(823) 및 제2 저장부(827)을 통해 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 연산하는 동작을 먼저 수행한다.

구체적으로, 메모리 컨트롤러(820)는, 기준리드레벨(VRR)을 중심으로 설정된 리드레벨간격(dT)을 유지하는 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 각각에서 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값을 측정하여 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)이 비활성화 메모리 장치(800) 내부에서 생성되도록 제어하고, N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>) 각각이 변동하는 것을 선형 방정식으로 연산하여 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 결정한다. 이렇게, 복구리드레벨간격(SEL_VRR)이 결정된 이후 에러가 발생한 노말 데이터(NM_DATA)를 복구하게 된다. 이때, 메모리 컨트롤러(820)는, 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 대수 가능도비(Log-Likehood Ratio : LLR)의 리드간격으로 입력받아 에러가 발생한 노말 데이터(NM_DATA)에 대해 저밀도 패리티 검사(Low Density Parity Check : LDPC)를 수행하여 그 값을 복구한다.

한편, 메모리 컨트롤러(820)에서 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 결정하기 위해 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>)이 각각이 유지해야하는 설정된 리드레벨간격(dT)은 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 리드하기 위해 조절 가능한 최소리드레벨간격이 K번 연속되는 만큼을 합친 리드레벨간격이다. 예컨대, 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 리드하기 위해 조절 가능한 최소 리드레벨간격이 '0.1V'이고, 'K'는 '8'라고 가정하면, 설정된 리드레벨간격(dT)은 '0.8V'가 되어 N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>) 각각은 '0.8V'의 리드레벨간격(dT)을 갖는 상태로 설정되는 형태가 될 수 있다.

한편, 'N'과 'K'의 값은 각각 적어도 2보다 큰 자연수 중에서 설계자에 의해 얼마든지 조절 가능한 값이다. 다만, 'N'과 'K'의 값이 각각 적절하게 조절될 때, 효과적인 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 빠르게 연산하는 것이 가능하다. 즉, N개의 분포리드레벨(DT_VRR<1:N>)에서 시작 분포리드레벨(DT_VRR<1>)과 끝 분포리드레벨(DT_VRR<N>) 사이의 리드레벨간격이 결정된 상태에서 'N'의 값이 너무 크고 그에 대응하여 'K'의 값이 너무 작으면, 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값이 변동하는 모양이 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)에 보다 충분히 반영되어 보다 정확한 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 결정하는 것이 가능하지만, 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 결정하기 위해 메모리 컨트롤러(820)에서 수행하는 동작의 횟수가 너무 많아질 수 있다. 반대로, 'N'의 값이 너무 작고 그에 대응하여 'K'의 값이 너무 크면, 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 결정하기 위해 메모리 컨트롤러(820)에서 수행하는 동작의 횟수를 크게 줄일 수 있지만, 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값이 변동하는 모양이 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)에 충분히 반영되지 못할 가능성이 높으므로 그 정확도가 떨어지는 상태로 복구리드레벨간격(SAS_VRR)이 결정될 수 있다.

그리고, 메모리 컨트롤러(820)에서 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>) 각각이 변동하는 것을 선형 방정식으로 연산하여 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 결정하는 과정을 도 7b와 도 7c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

여기서, N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>)을 생성하는 이유는, N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)보다 N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>)이 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 변동값이 변동하는 모양을 보다 정확하게 반영할 수 있기 때문이다. 즉, 전술한 바와 같이 설정된 리드레벨간격(dT)을 작게 가져가면 가져갈수록 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 변동값이 변동하는 모양을 보다 정확하게 반영할 수 있지만, 그렇다고 설정된 리드레벨간격(dT)을 너무 작게 가져가면 메모리 컨트롤러(820)에서 수행해야 하는 동작이 너무 늘어나기 때문이다. 따라서, 본 발명에서는 충분히 큰 값을 갖는 설정된 리드레벨간격(dT)을 사용하여 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)을 생성한 후, N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>)을 최소리드레벨간격에 해당하는 'K'로 나눠주는 동작을 통해 N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>) 각각의 사이에서 최소리드레벨간격마다 평균적으로 변동하는 메모리 셀의 문턱전압레벨 분포값 변동을 측정하는 방법을 사용한다.

신호 생성부(824)는, 에러 동작 모드(ERM) 탈출구간에서 리드 동작부(804)로부터 노말 데이터(NM_DATA)가 리드되도록 제어하기 위한 값을 갖는 레벨제어신호(LV_CON)를 생성하고, 에러 동작 모드(ERM) 진입구간에서 리드 동작부(804)로부터 N개의 분포 데이터(DT_DATA<1:N>) 또는 N개의 측정 데이터(RT_DATA<1:N>)가 리드되도록 제어하기 위한 값을 갖는 레벨제어신호(LV_CON)를 생성한다. 즉, 신호 생성부(824)는, 레벨제어신호(LV_CON)의 값을 조절해줌으로써 메모리 블록(801)에서 데이터를 리드할 때, 어떤 리드전압을 사용할지를 결정해주는 역할을 한다. 이때, 레벨제어신호(LV_CON)는, 'N'의 크기에 따라 여러 비트의 정보를 포함하는 신호가 될 수 있다.

제2 저장부(827)는, N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>)을 저장한다. 즉, 제2 저장부(827)는, 제1 연산부(821)의 동작과 제2 연산부(823)의 동작 사이에 그 값을 유지하고 있어야 하는 N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>)을 저장한다.

제1 연산부(821)는, 비휘발성 메모리 장치(800) 내부의 제1 저장부(808)에 저장된 N개의 분포측정값(DT_DIFF<1:N>) 각각의 값을 리드하여 설정된 리드레벨간격(dT)을 구분하기 위한 K번의 최소리드레벨간격으로 나누는 연산을 수행한 뒤, 연산결과 생성된 N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>)을 제2 저장부(827)에 저장한다.

제2 연산부(823)는, 제2 저장부(827)에 저장된 N개의 분포변동값(VA_DIFF<1:N>) 각각의 값을 리드하여 그 값이 변동하는 것을 연산하여 선형 방정식을 생성한 뒤, 연산결과 생성된 선형 방정식을 연장하여 기준리드레벨(VRR)을 중심으로 양쪽 방향에서 레벨값 절편에 해당하는 리드레벨을 찾아내고, 찾아낸 두 개의 리드레벨 사이를 복구리드레벨간격(SAS_VRR)으로서 결정한다.

에러 동작부(822)는, 에러 동작 모드(ERM) 탈출구간에서 노말 데이터(NM_DATA)에 대해 에러 발생 여부를 검출하여 에러 동작 모드(ERM)의 진입여부를 결정한다. 구체적으로, 에러 동작부(822)는, 에러 동작 모드(ERM)의 탈출구간에서 비활성화 메모리 장치(800)로부터 리드된 노말 데이터(NM_DATA)의 에러 발생 여부를 검출하는 동작을 수행하면서 에러가 발생하는 경우 에러 동작 모드(ERM)에 진입하고 에러가 발생하지 않는 경우 에러 동작 모드(ERM) 탈출 상태를 계속 유지한다. 이때, 노말 데이터(NM_DATA)에 에러가 발생하는 기준은 에러 동작부(822)에서 즉시 복구가 불가능한 에러가 발생하는 경우를 의미한다. 예컨대, 노말 데이터(NM_DATA)가 16비트 데이터라고 가정하면, 그 중 1비트 내지 2비트의 에러까지는 패리티 검사 방식과 같은 간단한 동작을 통해 에러 동작부(822)에서 즉시 복구가 가능하기 때문에 에러가 발생한 것으로 판단하지 않는다. 하지만, 3비트를 넘어서는 에러는 즉시 복구가 불가능하므로 에러가 발생한 것으로 판단한다. 참고로, 에러 동작부(822)에서 어떤 기준으로 에러 발생여부를 판단할지는 설계자에 의해 얼마든지 달라질 수 있다.

또한, 에러 동작부(822)는, 에러 동작 모드(ERM)의 진입구간에서 제2 연산부(823)에 의해 결정된 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 기준으로 에러가 발생한 노말 데이터(NM_DATA)의 에러를 복구한다. 즉, 에러 동작부(822)는, 에러 동작 모드 진입구간에서 제2 연산부(823)에 의해 결정된 복구리드레벨간격(SAS_VRR)을 대수 가능도비(Log-Likehood Ratio : LLR)의 리드간격으로 입력받아 에러가 발생한 노말 데이터(NM_DATA)에 대해 저밀도 패리티 검사(Low Density Parity Check : LDPC)를 수행하여 그 값을 복구한다. 따라서, 에러 동작부(822)는, 비휘발성 메모리 장치(800)에 포함된 다수의 메모리 셀이 어떠한 형태의 문턱전압레벨 분포를 갖는지에 대한 정보가 대수 가능도비(Log-Likehood Ratio : LLR)의 리드간격에 반영된 상태에서 저밀도 패리티 검사(Low Density Parity Check : LDPC)를 수행하여 에러가 발생한 노말 데이터(NM_DATA)를 복구할 수 있다.

이를 통해, 에러가 발생한 리드 동작 이후 데이터를 복구하기 위해 가장 최적화된 리드 포인트를 매우 빠르게 찾아낼 수 있다.

이로 인해, PVT(Process, Voltage, Temperature) 변동과 사용방법 및 사용기간 등 주변 환경 영향과 상관없이 항상 높은 데이터 신뢰성을 가지면서도 데이터 복구 동작으로 인해 성능 저하가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

예컨대, 전술한 실시예에서는 다수의 메모리 셀 각각이 1비트의 데이터를 저장할 수 있는 싱글 레벨 셀(Single Level Cell : SLC)인 경우를 예시하여 설명하고 있다. 하지만, 이는 어디까지나 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명의 범주에는 다수의 메모리 셀 각각이 2비트보다 더 많은 데이터를 저장할 수 있는 멀티 레벨 셀(Multi Level Cell : MLC)인 경우도 포함된다.

500, 800 : 비휘발성 메모리 장치 520, 820 : 메모리 컨트롤러
501, 801 : 메모리 블록 522, 822 : 에러 동작부
524, 824 : 신호 생성부 526, 806 : 카운팅부
528 : 저장부 521, 821 : 제1 연산부
523, 823 : 제2 연산부 808 : 제1 저장부
827 : 제2 저장부

Claims

다수의 메모리 셀을 포함하는 비휘발성 메모리 장치; 및
기준리드레벨을 사용하여 상기 다수의 메모리 셀에서 리드한 노말 데이터에 에러가 발생한 경우, 복구리드레벨간격을 기준으로 에러가 발생한 상기 노말 데이터를 복구하는 메모리 컨트롤러를 포함하며,
상기 메모리 컨트롤러는,
상기 기준리드레벨을 중심으로 설정된 리드레벨간격을 유지하는 N개의 분포리드레벨 각각에서 상기 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값을 측정하여 N개의 분포측정값을 생성하고, N개의 상기 분포측정값 각각의 값이 변동하는 것을 선형 방정식으로 연산하여 상기 복구리드레벨간격을 결정하는 비휘발성 메모리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 메모리 컨트롤러는,
상기 복구리드레벨간격을 대수 가능도비(Log-Likehood Ratio : LLR)의 리드간격으로 입력받아 에러가 발생한 상기 노말 데이터에 대해 저밀도 패리티 검사(Low Density Parity Check : LDPC)를 수행하여 그 값을 복구하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 설정된 리드레벨간격은,
상기 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 리드하기 위해 조절 가능한 최소리드레벨간격이 K번 연속되는 만큼을 합친 리드레벨간격인 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 시스템.
제3항에 있어서,
상기 메모리 컨트롤러는,
상기 에러 동작 모드 진입구간에서 N개의 상기 분포리드레벨 및 N개의 상기 분포리드레벨에 상기 최소리드레벨간격만큼 각각 인접한 N개의 측정리드레벨을 번갈아 가면서 각각 사용하여 상기 다수의 메모리 셀에서 N개의 분포 데이터 및 N개의 측정 데이터를 번갈아 가면서 각각 리드한 뒤, N개의 상기 분포 데이터와 N개의 상기 측정 데이터를 각각 비교하여 그 차이를 N개의 상기 분포측정값으로서 생성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 시스템.
제4항에 있어서,
상기 메모리 컨트롤러는,
상기 에러 동작 모드 진입구간에서 N개의 상기 분포측정값 각각의 값을 상기 설정된 리드레벨간격을 구분하기 위한 K번의 상기 최소리드레벨간격으로 나눠서 N개의 분포변동값을 생성하고, N개의 상기 분포변동값 각각의 값이 변동하는 것을 선형 방정식으로 연장하여 상기 기준리드레벨을 중심으로 양쪽 방향에서 레벨값 절편에 해당하는 리드레벨 사이를 상기 복구리드레벨간격으로서 결정하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 시스템.
제5항에 있어서,
상기 비휘발성 메모리 장치는,
레벨제어신호에 응답하여 상기 기준리드레벨 또는 N개의 상기 분포리드레벨 또는 N개의 상기 측정리드레벨을 생성하고, 이를 기준으로 상기 다수의 메모리 셀의 데이터를 리드하기 위한 리드 동작부를 더 포함하는 비휘발성 메모리 시스템.
제6항에 있어서,
상기 메모리 컨트롤러는,
에러 동작 모드 탈출구간에서 상기 리드 동작부로부터 상기 노말 데이터가 리드되도록 제어하기 위한 값을 갖는 상기 레벨제어신호를 생성하고, 상기 에러 동작 모드 진입구간에서 상기 리드 동작부로부터 N개의 상기 분포 데이터 또는 N개의 상기 측정 데이터가 리드되도록 제어하기 위한 값을 갖는 상기 레벨제어신호를 생성하는 신호 생성부;
상기 에러 동작 모드 진입구간에서 N개의 상기 분포 데이터와 N개의 상기 측정 데이터의 차이를 각각 카운팅하여 N개의 상기 분포측정값을 생성하는 카운팅부;
N개의 상기 분포측정값 및 N개의 상기 분포변동값을 저장하기 위한 저장부;
상기 저장부에 저장된 N개의 상기 분포측정값 각각의 값을 리드하여 상기 설정된 리드레벨간격을 구분하기 위한 K번의 상기 최소리드레벨간격으로 나누는 연산을 수행한 뒤, 연산결과 생성된 N개의 상기 분포변동값을 상기 저장부에 저장하는 제1 연산부;
상기 저장부에 저장된 N개의 상기 분포변동값 각각의 값을 리드하여 그 값이 변동하는 것을 연산하여 선형 방정식을 생성한 뒤, 연산결과 생성된 선형 방정식을 연장하여 상기 기준리드레벨을 중심으로 양쪽 방향에서 레벨값 절편에 해당하는 리드레벨을 찾아내고, 찾아낸 두 개의 리드레벨 사이를 상기 복구리드레벨간격으로서 결정하는 제2 연산부; 및
상기 에러 동작 모드 탈출구간에서 상기 노말 데이터에 대해 에러 발생 여부를 검출하여 상기 에러 동작 모드의 진입/탈출 상태를 결정하며, 상기 에러 동작 모드 진입구간에서 상기 제2 연산부에 의해 결정된 상기 복구리드레벨간격을 기준으로 에러가 발생한 상기 노말 데이터를 복구하는 에러 동작부를 포함하는 비휘발성 메모리 시스템.
제7항에 있어서,
상기 저장부는,
N개의 상기 분포측정값을 각각 저장하기 위한 N개의 제1 저장공간; 및
N개의 상기 분포변동값을 각각 저장하기 위한 N개의 제2 저장공간을 포함하는 비휘발성 메모리 시스템.
제7항에 있어서,
상기 저장부는,
상기 카운팅부가 동작한 결과에 응답하여 N개의 상기 분포측정값을 각각 저장하고, 상기 제1 연산부의 동작한 결과에 응답하여 N개의 상기 분포변동값을 각각 저장하기 위한 N개의 저장공간을 포함하는 비휘발성 메모리 시스템.
제3항에 있어서,
'N' 및 'K'는 각각 적어도 2보다 큰 자연수인 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 시스템.
에러 동작 모드의 진입구간에서 기준리드레벨을 중심으로 설정된 리드레벨간격 유지하는 N개의 분포리드레벨을 각각 사용하여 다수의 메모리 셀에 대한 문턱전압레벨의 분포값을 측정한 결과로서 N개의 분포측정값을 생성하는 비휘발성 메모리 장치; 및
상기 에러 동작 모드의 탈출 구간에서 상기 기준리드레벨을 사용하여 상기 다수의 메모리 셀에서 리드한 노말 데이터에 에러가 발생하는 것을 감지한 결과에 따라 상기 에러 동작 모드의 진입여부를 결정하고, 상기 에러 동작 모드 진입구간에서 N개의 상기 분포측정값 각각의 값이 변동하는 것을 선형 방정식으로 연산하여 결정된 복구리드레벨간격을 기준으로 에러가 발생한 상기 노말 데이터를 복구하는 메모리 컨트롤러
를 포함하는 비휘발성 메모리 시스템.
제11항에 있어서,
상기 메모리 컨트롤러는,
상기 복구리드레벨간격을 대수 가능도비(Log-Likehood Ratio : LLR)의 리드간격으로 입력받아 에러가 발생한 상기 노말 데이터에 대해 저밀도 패리티 검사(Low Density Parity Check : LDPC)를 수행하여 그 값을 복구하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 시스템.
제11항에 있어서,
상기 설정된 리드레벨간격은,
상기 다수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 리드하기 위해 조절 가능한 최소리드레벨간격이 K번 연속되는 만큼을 합친 리드레벨간격인 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 시스템.
제13항에 있어서,
상기 비휘발성 메모리 장치는,
상기 에러 동작 모드 진입구간에서 N개의 상기 분포리드레벨 및 N개의 상기 분포리드레벨에 상기 최소리드레벨간격만큼 각각 인접한 N개의 측정리드레벨을 번갈아 가면서 각각 사용하여 상기 다수의 메모리 셀에서 N개의 분포 데이터 및 N개의 측정 데이터를 번갈아 가면서 각각 리드한 뒤, N개의 상기 분포 데이터와 N개의 상기 측정 데이터를 각각 비교하여 그 차이를 N개의 상기 분포측정값으로서 생성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 시스템.
제14항에 있어서,
상기 메모리 컨트롤러는,
상기 에러 동작 모드 진입구간에서 N개의 상기 분포측정값 각각의 값을 상기 설정된 리드레벨간격을 구분하기 위한 K번의 상기 최소리드레벨간격으로 나눠서 N개의 분포변동값을 생성하고, N개의 상기 분포변동값 각각의 값이 변동하는 것을 선형 방정식으로 연장하여 상기 기준리드레벨을 중심으로 양쪽 방향에서 레벨값 절편에 해당하는 리드레벨 사이를 상기 복구리드레벨간격으로서 결정하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 시스템.
제15항에 있어서,
상기 비휘발성 메모리 장치는,
레벨제어신호에 응답하여 상기 기준리드레벨 또는 N개의 상기 분포리드레벨 또는 N개의 상기 측정리드레벨을 생성하고, 이를 기준으로 상기 다수의 메모리 셀의 데이터를 리드하기 위한 리드 동작부;
상기 에러 동작 모드 진입구간에서 N개의 상기 분포 데이터와 N개의 상기 측정 데이터의 차이를 각각 카운팅하여 N개의 상기 분포측정값을 생성하는 카운팅부; 및
N개의 상기 분포측정값을 저장하기 위한 제1 저장부를 포함하는 비휘발성 메모리 시스템.
제16항에 있어서,
상기 메모리 컨트롤러는,
상기 에러 동작 모드 탈출구간에서 상기 리드 동작부로부터 상기 노말 데이터가 리드되도록 제어하기 위한 값을 갖는 상기 레벨제어신호를 생성하고, 상기 에러 동작 모드 진입구간에서 상기 리드 동작부로부터 N개의 상기 분포 데이터 또는 N개의 상기 측정 데이터가 리드되도록 제어하기 위한 값을 갖는 상기 레벨제어신호를 생성하는 신호 생성부;
N개의 상기 분포변동값을 저장하기 위한 제2 저장부;
상기 제1 저장부에 저장된 N개의 상기 분포측정값 각각의 값을 리드하여 상기 설정된 리드레벨간격을 구분하기 위한 K번의 상기 최소리드레벨간격으로 나누는 연산을 수행한 뒤, 연산결과 생성된 N개의 상기 분포변동값을 상기 제2 저장부에 저장하는 제1 연산부;
상기 제2 저장부에 저장된 N개의 상기 분포변동값 각각의 값을 리드하여 그 값이 변동하는 것을 연산하여 선형 방정식을 생성한 뒤, 연산결과 생성된 선형 방정식을 연장하여 상기 기준리드레벨을 중심으로 양쪽 방향에서 레벨값 절편에 해당하는 리드레벨을 찾아내고, 찾아낸 두 개의 리드레벨 사이를 상기 복구리드레벨간격으로서 결정하는 제2 연산부; 및
상기 에러 동작 모드 탈출구간에서 상기 노말 데이터에 대해 에러 발생 여부를 검출하여 상기 에러 동작 모드의 진입/탈출 상태를 결정하며, 상기 에러 동작 모드 진입구간에서 상기 제2 연산부에 의해 결정된 상기 복구리드레벨간격을 기준으로 에러가 발생한 상기 노말 데이터를 복구하는 에러 동작부를 포함하는 비휘발성 메모리 시스템.
제13항에 있어서,
'N' 및 'K'는 각각 적어도 2보다 큰 자연수인 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 시스템.