[發明專利]一種基于閃存制程差異的數據布局方法

在審

• 申請號: 201710601039.2
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN107368262A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 石亮;李喬;薛春
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及存儲技術領域，特別是涉及一種基于閃存制程差異的數據布局方法。

背景技術

作為目前較為成熟的一種非易失性半導體存儲器，閃存具有較高的訪問性能、較低的功耗、數據非易失以及抗震輕便等優點。由于這些優點，目前閃存被大量應用于包括嵌入式系統設備，個人計算機甚至大型數據中心中，被大量用作各種存儲介質。隨著對存儲容量逐漸增加的需求，閃存存儲器朝著存儲密度更大、尺寸更小的方向發展，比如多比特存儲元以及10納米閃存技術；除此之外，3D閃存作為閃存發展的新方向也被廣泛討論。這些發展使得閃存的存儲密度快速增長，同時也使得閃存的可靠性大大降低，閃存的使用壽命變短，需要更強糾錯能力的糾錯碼來保證其可靠性。

低密度奇偶校驗碼(Low-Density Parity-Check Code,LDPC)的出現緩解了閃存日益嚴重的可靠性問題，但是隨之而來的問題是讀性能的不斷下降。LDPC采用置信傳播算法，利用概率信息進行解碼。輸入到解碼算法的概率信息的準確性決定了其解碼成功的概率。準確性越高，解碼糾錯能力越強，解碼成功率越高。對于錯誤率較高的數據，高準確性的概率信息的獲取需要在存儲元相鄰電壓狀態之間設置更多的讀取電壓，對高錯誤電壓狀態分布進行細粒度的劃分，由此導致讀時延增大，讀性能下降。因此，閃存的可靠性降低導致讀性能的下降。

另一方面，由于閃存制程差異的存在，閃存不同塊、頁以及存儲元的可靠性存在較大的差異，該差異隨著閃存的發展日益突出。以閃存塊為例，由于閃存讀性能與待讀數據可靠性直接相關，讀取存放在不同可靠性的閃存塊中的數據有不同的讀性能。由于可靠性更高的閃存塊可以容忍更多的擦除次數，現有的均衡磨損優化方法提出將熱寫數據分布到可靠性高的閃存塊中，使得熱讀數據傾向于被分布到可靠性低的閃存塊中，無疑導致閃存的讀性能嚴重變差。

綜上，閃存的發展帶來的可靠性下降和基于制程差異的均衡磨損方法都使得閃存讀性能的降低，從而限制了閃存進一步的發展。

發明內容

為了克服上述現有方法的不足，本發明充分挖掘閃存制程差異對讀性能的影響，提供一種基于閃存制程差異的數據布局方法，將頻繁讀取的熱讀數據布局在可靠性高的閃存塊，用以改善閃存的讀性能。

為了實現本發明的上述目的，本發明提供的一種基于閃存制程差異的數據布局方法，包括如下步驟：

根據閃存已知的制程差異將閃存塊基于其可靠性分成多級區域，從可靠性最高到可靠性最低；

在讀操作發生時判定閃存中數據的讀熱度，識別可靠性低的區域中的讀熱數據；我們采用計數法對數據的熱度進行判定，給每頁數據增加一個讀次數的記錄Count，當該Count達到一定閾值T，則該數據為熱數據，反之為冷數據；

將讀熱數據從當前區域移動到可靠性高一級的區域中的閃存塊；

當可靠性高的區域中沒有可以寫入數據的閃存塊分配給新的熱數據，在可靠性高的區域中識別出冷讀數據，以塊為單位將整塊的數據拷貝到可靠性較低的區域中，為熱讀數據騰出空間。

通過將熱讀數據布局在可靠性高的閃存塊中，實現了閃存的整體讀性能優化的目的。通過逐級移動的方式將最熱的數據遷移到可靠性最高的區域中，由于讀熱數據只占所有數據的極小部分，僅需要較少的移動次數就可以將所有的讀熱數據布局到對應可靠性的閃存塊中。本發明具有以下的優點：在不對閃存底層進行更改的情況下，通過數據布局的方式，對讀熱數據的讀操作進行加速，只需要較小的額外移動開銷，實現閃存讀訪問性能的改善。

附圖說明

本發明的附圖說明如下：

圖1為本發明的數據布局示意圖；

圖2為讀數據在不同區域的遷移流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：

閃存的制程差異導致不同閃存塊的可靠性存在巨大差異，從而也導致閃存塊的讀性能、寫性能存在差異。現有多種方法對閃存塊的制程差異進行識別，本發明建立在每個閃存的可靠性已知的前提下，將閃存塊分為M個區域，如圖1所示。其中，區域1為可靠性最高的區域，區域M為可靠性最低的區域。因此，讀區域i-1(1<i≤M)中的數據比讀區域i中的數據讀性能要好。為了實現讀性能的改善，本發明提出讀數據的遷移方法，將可靠性低區域中的熱讀數據逐級遷移到可靠性高的區域中。

如圖2是不同區域之間讀數據的遷移流程圖，在每次讀操作發生時，讀數據的熱度發生更新，判斷是否需要進行數據遷移，該流程開始于步驟201。