[發(fā)明專利]一種大容量存儲設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410082160.5
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN104347104A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M.阿斯納沙里
• 申請（專利權(quán)）人: 艾弗倫茨科技公司
• 主分類號: G11C7/10
• 分類號: G11C7/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬麗娜;徐紅燕

相關(guān)申請的交叉引用

本申請是由Mehdi?Asnaashari于2012年11月16日提交的，并且題為“HOST-MANAGED?LOGICAL?MASS?STORAGE?DEVICE?USING?MAGNETIC?RANDOM?ACCESS?MEMORY?(MRAM)”的美國專利申請?zhí)?3/679，739的部分繼續(xù)申請，以及由Mehdi?Asnaashari于2012年12月7日提交的，并且題為“HOST-MANAGED?LOGICAL?MASS?STORAGE?DEVICE?USING?MAGNETIC?RANDOM?ACCESS?MEMORY?(MRAM)”的美國專利申請?zhí)朥S13/708，582的部分繼續(xù)申請，上述兩份申請的公開通過視同全文闡述的引用被并入。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及存儲設(shè)備，尤其涉及由控制器對存儲設(shè)備的存儲器陣列的管理。

背景技術(shù)

大容量存儲設(shè)備中的存儲器介質(zhì)部分地由該設(shè)備的控制器使用來將多種類型的私有數(shù)據(jù)（即并非意在供公開訪問而是更確切地說意在用于非常有限的訪問的數(shù)據(jù)）存儲在存儲器介質(zhì)中，其對于設(shè)備的性能和可靠性是至關(guān)重要的。除其它之外，這樣的數(shù)據(jù)的示例包括引導代碼和表格。控制器使用其余的存儲器介質(zhì)存儲來自主機的數(shù)據(jù)。一些來自主機的數(shù)據(jù)被頻繁訪問并且對于結(jié)合該大容量存儲設(shè)備的主機的性能也是至關(guān)重要的。因此，在優(yōu)化大容量存儲設(shè)備的性能以及提供良好用戶體驗方面，控制器對這些數(shù)據(jù)的有效管理是非常關(guān)鍵的。

諸如引導代碼之類的控制器私有數(shù)據(jù)與用戶數(shù)據(jù)相比并非非常龐大，但是其需要可靠的存儲介質(zhì)。私有數(shù)據(jù)的另一個示例是由控制器進行管理以在存儲器陣列物理塊地址內(nèi)定位邏輯塊地址的表格。這些表格對于設(shè)備的功能和性能而言是非常關(guān)鍵的并且頻繁地被訪問，因此它們需要具有高性能、可靠性和非易失性的介質(zhì)。

控制器有時將諸如AES密鑰之類的安全參數(shù)存儲在其私有數(shù)據(jù)區(qū)域中，這也需要可靠的介質(zhì)。該安全密鑰被用來保護大容量存儲設(shè)備的存儲器陣列（存儲器介質(zhì)的一部分）的數(shù)據(jù)。該密鑰的任何損壞將非常可能致使存儲設(shè)備是無用的。

諸如文件分配表（FAT）和目錄之類的某些主機參數(shù)也被頻繁地訪問和更新并且為了最優(yōu)性能而需要具有高性能和高可靠性的存儲器介質(zhì)類型。諸如圖片、歌曲和電影之類的其它類型的主機數(shù)據(jù)通常需要非常大量的存儲并且占據(jù)了存儲設(shè)備的存儲器介質(zhì)的大部分，但是它們并不要求存儲器介質(zhì)如此可靠或具有高性能。

當前的大容量存儲設(shè)備一般針對存儲介質(zhì)而利用NAND閃速存儲器。NAND存儲器以合理的價格點提供了大量存儲，但是它們未能為實現(xiàn)高性能和可靠系統(tǒng)而提供控制器所需要的所有屬性。NAND閃速存儲器固有地緩慢且可靠性和持久性有限，這使得它們對于要求那些屬性的控制器而言并不具有吸引力。

NAND閃速存儲器是基于塊的非易失性存儲器，其中每個塊被組織為各種頁面并且由該各種頁面所形成。在塊被編程之后，其在再次將其編程之前被擦除。大多數(shù)閃速存儲器需要對塊內(nèi)的頁面進行順序編程。閃速存儲器的另一限制在于塊能夠擦除的次數(shù)是有限的，因此頻繁的擦除操作降低了閃速存儲器的壽命。因此，閃速存儲器并不允許原位（in-place）更新。也就是說，其無法簡單地用新數(shù)據(jù)重寫現(xiàn)有數(shù)據(jù)。新的數(shù)據(jù)僅被寫入到擦除區(qū)域（非原位更新），并且舊的數(shù)據(jù)是無效的供未來進行回收。這種非原位更新導致了相同的塊中同時存在無效（即，過期）和有效數(shù)據(jù)。如本領(lǐng)域人員所公知的“垃圾收集”是在回收由無效數(shù)據(jù)所占據(jù)的空間方面所涉及的一種處理并且其中有效數(shù)據(jù)被移動到新的塊并且舊的塊則被擦除。垃圾收集通常且不理想地導致了明顯的性能開銷以及無法預(yù)見的操作延時。

如以上所提到的，閃速存儲器塊能夠擦除的次數(shù)有限。損耗均衡（wear?leveling）是一種被通常用來通過使得擦除在整個閃速存儲器上（在帶內(nèi)）均勻分布而提高閃速存儲器壽命的處理。典型的使用25納米技術(shù)制造的多級單元（Multi?Level?Cell，MLC）NAND閃存通常具有1500至3000次循環(huán)范圍中的編程/擦除（PE）循環(huán)。它們需要在被編程之前擦除，其中典型的編程時間或持續(xù)時間是大約10毫秒（ms）并且用于對4至8千字節(jié)頁面編程的編程時間大約為1至2?ms。