CN102253899A - 一种提高闪存芯片存储单元使用效率的方法 - Google Patents

Abstract

一种提高闪存芯片存储单元使用效率的方法，将现有设计中的坏块进而划分为灰块和死块，而只有死块才被禁止使用；虽然灰块中包含一定数量的不能达到质量标准的页面，固态存储系统仍然可以利用灰块进行数据存储，避免了闪存制造工艺精度的不断提高所带来的信息存储单元使用效率下降的缺陷，非常有效地提高固态存储系统对于不断升高的信息存储单元缺陷率的容忍度。

Description

一种提高闪存芯片存储单元使用效率的方法

技术领域

本发明属于存储器与计算机体系技术领域，特别是一种提高闪存芯片存储单元使用效率的方法。

背景技术

作为唯一主流的固态非挥发数据储存技术，闪存已经成为了全球半导体产业体系中发展最为迅速的一环。2010年市场研究报告显示，闪存产品的市场已突破200亿美元。虽然目前闪存主要用于消费性电子产品例如数字照相机和手机，以闪存作为存储介质的固态存储系统正在得到业界的广泛关注。使用闪存作为存储介质的固态存储系统比传统存储系统的速度可提高10至100倍。除了速度上的优势，由于完全没有机械结构，固态存储系统在抗震性能、发热功耗、使用噪音和体积重量方面都有着显著的优势。固态存储系统主要包含一个固态存储系统控制器和一个以上闪存芯片。

浮栅金属氧化物半导体晶体管是闪存芯片的基本信息存储单元。浮栅金属氧化物半导体晶体管的阈值电压可以通过注射一定数量的电子进入浮栅而改变。因此，通过对浮栅内电子数目的精确控制，每个存储单元，即浮栅金属氧化物半导体晶体管，可储存多个比特信息。精确控制浮栅内电子数目的过程通常被称为编程。在每一个存储单元可以被编程之前，其浮栅内的所有电子必须被移走，从而使得其阈值电压被置为最低，这个过程被称为擦除。闪存芯片内的信息存储单元阵列被划分成为多个存储块，而每一个存储块包含多个存储页面。每一个存储块内的所有存储单元必须被同时擦除，但存储单元的编程和读取则以页面为单位。

重复的编程/擦除的操作会逐渐降低浮栅金属氧化物半导体晶体管的噪音容限，从而使得闪存芯片只有一定的编程/擦除次数限度，加上随着闪存制造工艺精度的不断提高，闪存器件的存储密度不断升高、价格不断下降，这样更加重了重复编程/擦除操作对于信息存储单元的副作用，使得闪存芯片的使用寿命和可靠性不断下降，由此固态存储系统控制器必须采用越来越强大而复杂的纠错码来应付不断下降的闪存信息存储单元可靠性，以保证整个固态存储系统的可靠性和使用寿命。

随着闪存制造工艺精度的不断提高，信息存储单元的缺陷率也会不断上升。若闪存芯片中的某一存储块含有过多的缺陷存储单元，此存储块就会被标示为坏块而被禁止使用。在现有设计中，在决定某一存储块是否应被标示为坏块时，其使用的标准相当严格和保守：若所含的缺陷存储单元使得此存储块中任何一个存储页面无法满足产品所标定的质量标准，此存储块就应被标示为坏块，尽管此存储块中其余的存储页面仍可正常工作。显然，如果信息存储单元的缺陷率足够低，这种严格并且保守的坏块标示标准可简化闪存芯片的管理，并同时不会造成过低的信息存储单元的使用效率。但是，随着信息存储单元缺陷率的不断上升，这种严格并且保守的坏块标示标准会导致急剧下降的信息存储单元使用效率。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种提高闪存芯片存储单元使用效率的方法，避免了闪存制造工艺精度的不断提高所带来的信息存储单元使用效率下降的缺陷，非常有效地提高固态存储系统对于不断升高的信息存储单元缺陷率的容忍度。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种提高闪存芯片存储单元使用效率的方法，首先固态存储系统控制器将与其通信连接的闪存芯片内的所有存储块划分为：好块、灰块和死块三类，其中存储块划分标准为，若存储块内所有存储页面不存在按照判定标准所设定的缺陷存储单元，此存储块即为好块，若存储块内超过预定数目的存储页面存在有缺陷存储单元，此存储块即为死块，除去好块和坏块之外的存储块均为灰块，另外将同固态存储系统控制器相通信连接的灰块特性存储模块中存储上所有灰块的特性指标，并且在固态存储系统控制器中设置灰块查询模块和存储块监控模块，当用户在往对应的闪存芯片写入用户数据时，固态存储系统控制器根据当前的灰块的是否被使用情况决定是否能将此用户数据写入该灰块内，如果该灰块正在被使用，就不能将此用户数据写入该灰块内，如果该灰块未在被使用，就能将此用户数据写入该灰块内，在将此用户数据写入灰块内时，固态存储系统控制器中的灰块查询模块通过调动固态存储系统控制器对灰块特性存储模块进行访问，获取相应灰块的具体特性指标，根据此特性指标信息，固态存储系统控制器就选择能存储该用户数据的灰块内物理页面进行存储，同时固态存储系统控制器通过存储块监控模块实现对所有好块和灰块的动态监控，实时地检测好块和灰块以动态决定是否应将该好块降格为灰块，和是否应将该灰块降格为死块，该动态决定的标准为，在实时检测过程中，如果检测到好块中的存储页面出现缺陷存储单元且缺陷存储单元未超过预定数目，即将该好块降格为灰块，如果检测到灰块中的存储页面出现缺陷存储单元且缺陷存储单元超过预定数目，即将该灰块降格为死块。

所述的缺陷存储单元的判定标准为以下三种情况之一：

第一、当存储块被擦除后，其中未能被成功擦除的存储单元视为缺陷存储单元；

第二、当用户数据被写入存储页面时，当用户数据写入操作的执行时间超过预定值后仍有存储单元没有被成功写入，没有被成功写入的存储单元视为缺陷存储单元；

第三、当用户数据从存储页面中被读取时，通过比较纠错码加码器的输入数据和输出数据，得到存储页面的数据存储错误率，据此能估计缺陷存储单元的数量。

本发明将现有设计中的坏块进而划分为灰块和死块，而只有死块才被禁止使用。虽然灰块中包含一定数量的不能达到质量标准的页面，固态存储系统仍然可以利用灰块进行数据存储，避免了闪存制造工艺精度的不断提高所带来的信息存储单元使用效率下降的缺陷，非常有效地提高固态存储系统对于不断升高的信息存储单元缺陷率的容忍度。

附图说明

附图为本发明的工作原理结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更详细的说明。

如附图所示，提高闪存芯片存储单元使用效率的方法，首先固态存储系统控制器将与其通信连接的闪存芯片内的所有存储块划分为：好块、灰块和死块三类，其中存储块划分标准为，若存储块内所有存储页面不存在按照判定标准所设定的缺陷存储单元，此存储块即为好块，若存储块内超过预定数目的存储页面存在有缺陷存储单元，此存储块即为死块，除去好块和坏块之外的存储块均为灰块，另外将同固态存储系统控制器相通信连接的灰块特性存储模块中存储上所有灰块的特性指标，并且在固态存储系统控制器中设置灰块查询模块和存储块监控模块，在当用户在往对应的闪存芯片写入用户数据时，固态存储系统控制器根据当前的灰块的是否被使用情况决定是否能将此用户数据写入该灰块内，如果该灰块正在被使用，就不能将此用户数据写入该灰块内，如果该灰块未在被使用，就能将此用户数据写入该灰块内，在将此用户数据写入灰块内时，固态存储系统控制器中的灰块查询模块通过调动固态存储系统控制器对灰块特性存储模块进行访问，获取相应灰块的具体特性指标，根据此特性指标信息，固态存储系统控制器就选择能存储该用户数据的灰块内物理页面进行存储，同时固态存储系统控制器通过存储块监控模块实现对所有好块和灰块的动态监控，实时地检测好块和灰块以动态决定是否应将该好块降格为灰块，和是否应将该灰块降格为死块，该动态决定的标准为，在实时检测过程中，如果检测到好块中的存储页面出现缺陷存储单元且缺陷存储单元未超过预定数目，即将该好块降格为灰块，如果检测到灰块中的存储页面出现缺陷存储单元且缺陷存储单元超过预定数目，即将该灰块降格为死块。

所述的缺陷存储单元的判定标准为以下三种情况之一：

第一、当存储块被擦除后，其中未能被成功擦除的存储单元视为缺陷存储单元；

第二、当用户数据被写入存储页面时，当用户数据写入操作的执行时间超过预定值后仍有存储单元没有被成功写入，没有被成功写入的存储单元视为缺陷存储单元；

第三、当用户数据从存储页面中被读取时，通过比较纠错码加码器的输入数据和输出数据，得到存储页面的数据存储错误率，据此能估计缺陷存储单元的数量。

Claims (2)

1.一种提高闪存芯片存储单元使用效率的方法，其特征在于：首先固态存储系统控制器将与其通信连接的闪存芯片内的所有存储块划分为：好块、灰块和死块三类，其中存储块划分标准为，若存储块内所有存储页面不存在按照判定标准所设定的缺陷存储单元，此存储块即为好块，若存储块内超过预定数目的存储页面存在有缺陷存储单元，此存储块即为死块，除去好块和坏块之外的存储块均为灰块，另外将同固态存储系统控制器相通信连接的灰块特性存储模块中存储上所有灰块的特性指标，并且在固态存储系统控制器中设置灰块查询模块和存储块监控模块，在当用户在往对应的闪存芯片写入用户数据时，固态存储系统控制器根据当前的灰块的是否被使用情况决定是否能将此用户数据写入该灰块内，如果该灰块正在被使用，就不能将此用户数据写入该灰块内，如果该灰块未在被使用，就能将此用户数据写入该灰块内，在将此用户数据写入灰块内时，固态存储系统控制器中的灰块查询模块通过调动固态存储系统控制器对灰块特性存储模块进行访问，获取相应灰块的具体特性指标，根据此特性指标信息，固态存储系统控制器就选择能存储该用户数据的灰块内物理页面进行存储，同时固态存储系统控制器通过存储块监控模块实现对所有好块和灰块的动态监控，实时地检测好块和灰块以动态决定是否应将该好块降格为灰块，和是否应将该灰块降格为死块，该动态决定的标准为，在实时检测过程中，如果检测到好块中的存储页面出现缺陷存储单元且缺陷存储单元未超过预定数目，即将该好块降格为灰块，如果检测到灰块中的存储页面出现缺陷存储单元且缺陷存储单元超过预定数目，即将该灰块降格为死块。

2.根据权利要求1所述的提高闪存芯片存储单元使用效率的方法，其特征在于：所述的缺陷存储单元的判定标准为以下三种情况之一：

第一、当存储块被擦除后，其中未能被成功擦除的存储单元视为缺陷存储单元；

第二、当用户数据被写入存储页面时，当用户数据写入操作的执行时间超过预定值后仍有存储单元没有被成功写入，没有被成功写入的存储单元视为缺陷存储单元；

第三、当用户数据从存储页面中被读取时，通过比较纠错码加码器的输入数据和输出数据，得到存储页面的数据存储错误率，据此能估计缺陷存储单元的数量。

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