CN102522121A - 固态硬盘自动修复的方法及其固态硬盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固态硬盘自动修复的方法及其固态硬盘，所述固态硬盘包括多个Flash存储芯片，所述方法包括：在所述固态硬盘中设置至少一个备用Flash存储芯片；在所述多个Flash存储芯片中的至少一个第一Flash存储芯片达到预设的自动修复标准时，将所述至少一个第一Flash存储芯片存储的数据复制到所述至少一个备用Flash存储芯片上；将所述至少一个第一Flash存储芯片加热至高温温度；在所述高温温度下进行所述至少一个第一Flash存储芯片的修复。借此，本发明实现了固态硬盘的自动修复，提高固态硬盘的工作寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电子存储技术领域，尤其涉及一种固态硬盘自动修复的方法及其固态硬盘。
背景技术
SSD(solid state disk，固态硬盘)使用NAND闪存颗粒作为存储介质。NAND闪存作为存储介质有其巨大的优势，比如，无需机械部件，低功耗，不怕振动，无噪声，随机读写性能优异，可并行化读写提高读写速度等等。但是，闪存作为存储介质也有重大的缺点，即其存储单元的擦除寿命是有限的。
闪存的存储单元每次写入新的数据前必须将原先已存储的信息全部擦除一遍，这种擦除操作就会影响闪存的寿命。现代3x nm下的MLC(Multi-Level Cell，多层单元)闪存仅仅能够擦除3000-5000次，2x nm及更小工艺下的闪存其擦除次数将进一步降低。
现有的固态硬盘均必须设计损耗均衡算法，将对闪存的擦除操作平均分摊到所有存储单元内，使各个存储单元的损耗情况比较一致，避免出现某些存储单元过早损坏的情况。固态硬盘通过使用损耗均衡算法来达到将对Flash Cell(闪存存储单元)的损耗均摊到整个固态硬盘各个Flash存储单元的目的。完美的损耗均衡算法能够使固态硬盘中所有Flash cell同时达到使用寿命而报废。但是，在真实的系统中无法做到完美的损耗均衡，同时Flash Cell的寿命并非是一个固定值，而是一个统计分布，因此总是会有一些cell提前报废。
NAND Flash的cell(存储单元)的损耗涉及复杂的电学、物理学机制，其中比较重要的原因是cell的氧化层和界面在编程/擦除过程中的缺陷密度会增加，这会导致更大的随机电报噪声。
综上可知，现有固态硬盘在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
发明内容
针对上述的缺陷，本发明的发明目的在于提供一种固态硬盘自动修复的方法及其固态硬盘，以实现固态硬盘的自动修复，提高固态硬盘的工作寿命。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种固态硬盘自动修复的方法，所述固态硬盘包括多个Flash存储芯片，所述方法包括：
在所述固态硬盘中设置至少一个备用Flash存储芯片；
在所述多个Flash存储芯片中的至少一个第一Flash存储芯片达到预设的自动修复标准时，将所述至少一个第一Flash存储芯片存储的数据复制到所述至少一个备用Flash存储芯片上；
将所述至少一个第一Flash存储芯片加热至高温温度；
在所述高温温度下进行所述至少一个第一Flash存储芯片的修复。
根据所述的方法，在将所述至少一个第一Flash存储芯片存储的数据复制到所述至少一个备用Flash存储芯片的步骤之后还包括：
将对所述至少一个第一Flash存储芯片的数据访问定向到对所述至少一个备用Flash存储芯片的访问。
根据所述的方法，在所述高温温度下进行所述至少一个第一Flash存储芯片的修复的步骤之后还包括：
在所述多个Flash存储芯片及所述备用Flash存储芯片中的至少一个第二Flash存储芯片达到预设的自动修复标准时，将所述至少一个第二Flash存储芯片存储的数据复制到所述至少一个第一Flash存储芯片上；
将所述至少一个第二Flash存储芯片加热至高温温度；
在所述高温温度下进行所述至少一个第二Flash存储芯片的修复。
根据所述的方法，所述高温温度根据所述至少一个第一Flash存储芯片的特性进行确定；
所述对至少一个第一Flash存储芯片加热是采用加热器进行加热，并且所述加热器设置于所述至少一个第一Flash存储芯片的周围。
根据所述的方法，所述预设的自动修复标准包括：
所述Flash存储芯片的擦除次数达到预设值；和/或
所述Flash存储芯片的坏块数量达到预设值；和/或
所述Flash存储芯片存储的数据量达到预设值。
为了实现本发明的另一发明目的，本发明还提供了一种固态硬盘，包括多个Flash存储芯片，所述固态硬盘还包括至少一个备用Flash存储芯片；以及
检测模块，用于检测所述多个Flash存储芯片中的至少一个第一Flash存储芯片是否达到预设的自动修复标准；
数据传输模块，用于在所述检测模块检测到所述多个Flash存储芯片中的至少一个第一Flash存储芯片达到预设的自动修复标准时，将所述至少一个第一Flash存储芯片存储的数据复制到所述至少一个备用Flash存储芯片上；
多个加热器，每个加热器对应于一个所述Flash存储芯片或者所述备用Flash存储芯片；对应于所述至少一个第一Flash存储芯片的加热器将所述至少一个第一Flash存储芯片加热至高温温度；
修复模块，在所述高温温度下进行所述至少一个第一Flash存储芯片的修复。
根据所述的固态硬盘，所述固态硬盘还包括：
重定向模块，用于将对所述至少一个第一Flash存储芯片的数据访问定向到对所述至少一个备用Flash存储芯片的访问。
根据所述的固态硬盘，所固态硬盘还包括：
温度控制电路，用于控制所述加热器加热的温度；
所述高温温度根据所述至少一个第一Flash存储芯片的特性进行确定。
根据所述的固态硬盘，每个所述加热器分别设置于每个所述Flash存储芯片和所述备用Flash存储芯片的周围。
根据所述的固态硬盘，所述预设的自动修复标准包括：
所述Flash存储芯片的擦除次数达到预设值；和/或
所述Flash存储芯片的坏块数量达到预设值；和/或
所述Flash存储芯片存储的数据量达到预设值。
本发明通过将固态硬盘设置为包括至少一个备用Flash存储芯片，在固态硬盘的多个Flash存储芯片中的一个Flash存储芯片达到预设的自动修复标准时，将该Flash存储芯片存储的数据复制到备用Flash存储芯片上；并将所述Flash存储芯片加热至高温温度进行修复。由于在高温下对Flash存储芯片进行修复，因此提高了被修复的Flash存储芯片的P/E cycle数。进一步的，将对需要修复的Flash存储芯片的访问定向到备用Flash存储芯片上，保证了固态硬盘正常的数据访问。
附图说明
图1是本发明一个实施例提供的固态硬盘的结构示意图；
图2是本发明一个实施例提供的固态硬盘的结构示意图；
图3是本发明一个实施例提供的固态硬盘的结构示意图；
图4是本发明一个实施例提供的自动修复的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1和图2，本发明提供了一种固态硬盘100，包括多个Flash存储芯片10，并且固态硬盘100还包括至少一个备用Flash存储芯片20；以及
检测模块11，用于检测多个Flash存储芯片10中的至少一个第一Flash存储芯片10是否达到预设的自动修复标准；
数据传输模块12，用于在检测模块11检测到多个Flash存储芯片10中的至少一个第一Flash存储芯片10达到预设的自动修复标准时，将至少一个第一Flash存储芯片10存储的数据复制到至少一个备用Flash存储芯片10上；
多个加热器13，每个加热器13对应于一个Flash存储芯片10或者备用Flash存储芯片20；对应于至少一个第一Flash存储芯片10的加热器13将至少一个第一Flash存储芯片10加热至高温温度；
修复模块14，在所述高温温度下进行至少一个第一Flash存储芯片10的修复。
现有的技术方案只是在Flash cell的使用寿命具有一个固定上限的前提下做出的。为了最大限度地提高SSD的使用寿命，除了尽量提高损耗均衡的效果之外，增加Flash cell的使用寿命，即提高Flash颗粒的P/E cycle(Program/EraseCycle，编程/擦除操作次数)是一个更有效的方法。在本发明的一个实施例中，利用在高温条件下，如大于等于200摄氏度的条件下，Flash cell的界面缺陷密度会加速修复，大幅度提高在该固态硬盘100中Flash cell的P/E cycle数。使得NAND Flash cell界面缺陷密度随时间逐渐恢复，提高温度可以加速这种恢复过程。当然，根据不同的Flash存储芯片的特征，一些Flash存储芯片在100摄氏度到200摄氏度之间也可以实现本发明。
参见图2，在本发明的一个实施例中，每块固态硬盘100的固态硬盘的PCB基板101包括多块Flash存储芯片10，另外还包括至少一块备用Flash存储芯片20。比如，一块64GB的固态硬盘100可能包括8块8GB的Flash存储芯片10，但在正常的容量之外，固态硬盘100中多设置一个或多个备用Flash储存芯片20。比如标称容量为64GB的具有自动修复功能的固态硬盘100，至少还包括了一个备用Flash存储芯片20，因此固态硬盘100可能包含了9块或更多8GB Flash存储芯片10。图2中共有8个Flash存储芯片10，其中，备用Flash存储芯片20是实现自动修复固态硬盘100额外需增加的芯片，实际上可以提供不止一块备用Flash存储芯片20。
在该实施例中，多个加热器13分别对应于多个Flash存储芯片10和所述备用Flash存储芯片20。每个加热器13分别设置于每个Flash存储芯片10和备用Flash存储芯片20的周围。加热器13安装在多个Flash存储芯片10或者所述备用Flash存储芯片20封装的四周，可以是紧贴或环绕或位于其顶部。根据固态硬盘100制作的要求选择电阻加热器或其它形式的加热方式。
通过加热器13可以对需要进行修复的Flash存储芯片10进行修复。在本发明的一个实施例中，所述预设的自动修复标准包括但不限于：所述Flash存储芯片10的擦除次数达到预设值；所述Flash存储芯片10的坏块数量达到预设值；所述Flash存储芯片10存储的数据量达到预设值；上述几条标准可以单独使用或者组合使用。具体的，例如当某一个Flash存储芯片10上的所有Block(块)的平均擦除次数比上一次修复前增加了500次，又或者该Flash存储芯片10上所存储的用户数据占该Flash存储芯片10总容量的比例低于某一个值，比如25％时；或者坏块数量达到了30％的量；则达到了需要修复的标准。该标准可以根据系统的需要进行变换修改。
参见图3，在本发明的一个实施例中，固态硬盘100还包括：
重定向模块15，用于将对至少一个第一Flash存储芯片10的数据访问定向到对至少一个备用Flash存储芯片20的访问。
在将至少一个第一Flash存储芯片10的数据复制到至少一个备用Flash存储芯片20上后，需要将对至少一个第一Flash存储芯片10的访问定向到至少一个备用Flash存储芯片20以保证对至少一个第一Flash存储芯片10的正常访问。
在本发明的一个实施例中，固态硬盘100还包括：
温度控制电路16，用于控制加热器13加热的温度；通过该温度控制电路16可以控制加热器13在合适的加热温度上，并维持该温度一段时间，以实现对固态硬盘100的Flash存储芯片10修复。完成修复后的Flash存储芯片10可以作为备用Flash存储芯片20使用，帮助完成对固态硬盘100的其他Flash存储芯片10或者备用Flash存储芯片20的修复。
参见图4，在本发明中还提供了一种固态硬盘自动修复的方法，固态硬盘100包括多个Flash存储芯片10，所述方法包括：
步骤S401中，在固态硬盘100中设置至少一个备用Flash存储芯片20；
步骤S402中，在多个Flash存储芯片10中的至少一个第一Flash存储芯片10达到预设的自动修复标准时，将至少一个第一Flash存储芯片10存储的数据复制到至少一个备用Flash存储芯片20上；
步骤S403中，将至少一个第一Flash存储芯片10加热至高温温度；
步骤S404中，在所述高温温度下进行至少一个第一Flash存储芯片10的修复。
在步骤S402之后还包括：
将对至少一个第一Flash存储芯片10的数据访问定向到对至少一个备用Flash存储芯片20的访问。
在步骤S404之后还包括：
在多个Flash存储芯片10及所述备用Flash存储芯片20中的至少一个第二Flash存储芯片10达到预设的自动修复标准时，将所述至少一个第二Flash存储芯片10存储的数据复制到至少一个第一Flash存储芯片10上；
将所述至少一个第二Flash存储芯片10加热至高温温度；以及
在所述高温温度下进行所述至少一个第二Flash存储芯片10的修复的步骤。
在本发明的一个实施例中，所述高温温度根据所需要修复的Flash存储芯片的特性进行确定。根据不同的Flash存储芯片的特性，高温温度会有所不同，在本发明的一个实施例中，高温温度为大于等于200摄氏度；对至少一个第一Flash存储芯片10加热是采用加热器13进行加热，并且所述加热器13设置于所述至少一个第一Flash存储芯片10的周围。但该加热器13所加热的范围仅限于所述至少一个第一Flash存储芯片10，而不致于影响到其余Flash存储芯片；其他每个Flash存储芯片10均需设置如上描述的加热器13。
参见图2，在本发明的一个实施例中，固态硬盘100刚开始使用时，只有8个Flash芯片10用于正常存储数据，给它们编号为1～8号。另外，一个备用Flash存储芯片20用于固态硬盘100进行修复时使用，给其编号为9。备用Flash存储芯片20也可以为多个。
当固态硬盘100使用一定时间后，8个Flash存储芯片10已经经过了大量P/E cycle。这时自动修复固态硬盘100的检测模块11根据预设的自动修复标准，该标准包括但不局限于擦除次数，坏块数量，已存储数据的情况等，判断是否有需要修复的Flash存储芯片10。如其中的一个第一Flash存储芯片10(如编号5的Flash存储芯片10)需要进行修复，数据传输模块12将该第一Flash存储芯片10存储的数据复制到备用Flash存储芯片20(编号为9的备用Flash存储芯片20)上；同时重定向模块15修改固态硬盘100内部管理数据，使计算机主机对原先的第一Flash存储芯片10内数据的访问定向到所述备用Flash存储芯片20上。
然后，第一Flash存储芯片10进入自动修复过程，与该第一Flash存储芯片10对应的加热器13进入加热状态。加热器13的温度控制电路16将第一Flash存储芯片10的温度控制在一个系统设定的温度，比如200摄氏度；在此温度下保持一定的时间。这段时间内修复模块14对第一Flash存储芯片10(编号5的Flash存储芯片10)持续进行修复。而其余的Flash存储芯片10和备用Flash存储芯片20(编号1-4，6-9号的Flash存储芯片10及备用Flash存储芯片20)正常工作，能够满足PC主机的数据访问需求。
当固态硬盘100又工作了一段时间，另一个Flash存储芯片10(比如7号Flash存储芯片10)的状况又达到了设定的进行自动修复标准，则数据传输模块12将7号Flash存储芯片10中的有效数据复制到上述已经完成修复的5号Flash存储芯片10中，并使7号Flash存储芯片10进入自动修复过程。
需要说明的是在图1～图3中的任意一个Flash存储芯片10都可以是第一Flash存储芯片10或者第二Flash存储芯片10，图中标示并不用于限定并本发明。
按照上述步骤不停选择需要进行修复Flash存储芯片10或者备用Flash存储芯片20进行修复。这样固态硬盘100能提供的写入数据总量将大大超过不具备自修复功能的其他固态硬盘。
根据实验数据表明，具备自修复功能的Flash cell，其P/E cycle数量能够提高一个数量级。以现在的2xnm MLC Flash cell为例，标称P/E cycle一般在3000次左右。使用自修复功能后，能够提高到约30000次。而付出的代价仅仅为增加一颗备用Flash存储芯片20。
本发明通过将固态硬盘设置为包括至少一个备用Flash存储芯片，在固态硬盘的多个Flash存储芯片中的一个Flash存储芯片达到预设的自动修复标准时，将该Flash存储芯片存储的数据复制到备用Flash存储芯片上；并将所述Flash存储芯片加热至高温温度进行修复。由于在高温下对Flash存储芯片进行修复，因此提高了被修复的Flash存储芯片的P/E cycle数。进一步的，将对需要修复的Flash存储芯片的访问定向到备用Flash存储芯片上，保证了固态硬盘正常的数据访问。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种固态硬盘自动修复的方法，所述固态硬盘包括多个Flash存储芯片，其特征在于，所述方法包括：
在所述固态硬盘中设置至少一个备用Flash存储芯片；
在所述多个Flash存储芯片中的至少一个第一Flash存储芯片达到预设的自动修复标准时，将所述至少一个第一Flash存储芯片存储的数据复制到所述至少一个备用Flash存储芯片上；
将所述至少一个第一Flash存储芯片加热至高温温度；
在所述高温温度下进行所述至少一个第一Flash存储芯片的修复。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述至少一个第一Flash存储芯片存储的数据复制到所述至少一个备用Flash存储芯片的步骤之后还包括：
将对所述至少一个第一Flash存储芯片的数据访问定向到对所述至少一个备用Flash存储芯片的访问。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述高温温度下进行所述至少一个第一Flash存储芯片的修复的步骤之后还包括：
在所述多个Flash存储芯片及所述备用Flash存储芯片中的至少一个第二Flash存储芯片达到预设的自动修复标准时，将所述至少一个第二Flash存储芯片存储的数据复制到所述至少一个第一Flash存储芯片上；
将所述至少一个第二Flash存储芯片加热至高温温度；
在所述高温温度下进行所述至少一个第二Flash存储芯片的修复。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温温度根据所述至少一个第一Flash存储芯片的特性进行确定；
所述对至少一个第一Flash存储芯片加热是采用加热器进行加热，并且所述加热器设置于所述至少一个第一Flash存储芯片的周围。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的自动修复标准包括：
所述Flash存储芯片的擦除次数达到预设值；和/或
所述Flash存储芯片的坏块数量达到预设值；和/或
所述Flash存储芯片存储的数据量达到预设值。
6.一种固态硬盘，包括多个Flash存储芯片，其特征在于，所述固态硬盘还包括至少一个备用Flash存储芯片；以及
检测模块，用于检测所述多个Flash存储芯片中的至少一个第一Flash存储芯片是否达到预设的自动修复标准；
数据传输模块，用于在所述检测模块检测到所述多个Flash存储芯片中的至少一个第一Flash存储芯片达到预设的自动修复标准时，将所述至少一个第一Flash存储芯片存储的数据复制到所述至少一个备用Flash存储芯片上；
多个加热器，每个加热器对应于一个所述Flash存储芯片或者所述备用Flash存储芯片；对应于所述至少一个第一Flash存储芯片的加热器将所述至少一个第一Flash存储芯片加热至高温温度；
修复模块，在所述高温温度下进行所述至少一个第一Flash存储芯片的修复。
7.根据权利要求6所述的固态硬盘，其特征在于，所述固态硬盘还包括：
重定向模块，用于将对所述至少一个第一Flash存储芯片的数据访问定向到对所述至少一个备用Flash存储芯片的访问。
8.根据权利要求6所述的固态硬盘，其特征在于，所固态硬盘还包括：
温度控制电路，用于控制所述加热器加热的温度；
所述高温温度根据所述至少一个第一Flash存储芯片的特性进行确定。
9.根据权利要求6所述的固态硬盘，其特征在于，每个所述加热器分别设置于每个所述Flash存储芯片和所述备用Flash存储芯片的周围。
10.根据权利要求6所述的固态硬盘，其特征在于，所述预设的自动修复标准包括：
所述Flash存储芯片的擦除次数达到预设值；和/或
所述Flash存储芯片的坏块数量达到预设值；和/或
所述Flash存储芯片存储的数据量达到预设值。
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