CN106980462B - 权重式数据搬迁控制装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本案提供一种权重式数据搬迁控制装置与方法，能够控制非挥发性内存的数据搬迁，内存包含多个已用及未用区块，每个已用区块对应第一与第二参数。控制装置能够执行至少下列步骤：将每个已用区块的第一与第二参数分别乘以第一权重值与第二权重值以得到对应的优先权索引，其中第一与第二参数的至少其中之一及/或第一权重值与第二权重值的至少其中之一相依于热侦测结果；比较每个已用区块的优先权索引与至少一门坎值以得到每个已用区块的比较结果；以及若已用区块其中一者的比较结果符合预设门坎，将该已用区块中的有效数据搬移至未用区块其中一者。

Description

权重式数据搬迁控制装置与方法
技术领域
本案是关于储存控制，尤其是关于权重式数据搬迁控制装置与方法。
背景技术
一般非挥发性内存(例如闪存)控制器(例如固态硬盘控制器)会依据复数种数据搬迁(data relocation)决策规则来决定是否搬迁数据，以有效率地利用储存空间及维持数据的正确性。该复数种数据搬迁决策规则通常包含垃圾收集(garbage collection)规则、数据保存(data retention)规则、耗损平均(wear leveling)规则等。垃圾收集规则是供控制器挑选具有较少有效数据的一已使用储存区块以及将已使用的储存区块内的有效数据搬移至一未使用储存区块，从而使已使用储存区块得以被抹除以供重新使用。数据保存规则是供该控制器在已使用储存区块的数据变得无法被正确地读取前将已使用储存区块的有效数据搬移至一未使用储存区块，从而延长数据保存时间。
承上所述，由于现有非挥发性内存控制器是分别按照各自的规则来搬迁数据，无法综合考虑多个规则以挑选最需要数据搬移的已使用储存区块，因此现有数据搬迁技术会造成控制器效能的浪费，也会造成非挥发性内存的寿命减少。
发明内容
鉴于先前技术的不足，本案的一目的在于提供权重式数据搬迁控制装置与方法，以改善先前技术。
本案提供一种权重式数据搬迁控制装置，能够控制一非挥发性内存的数据搬迁，该非挥发性内存包含多个已用区块(used blocks)与多个未用区块(unused blocks)，每该已用区块对应一第一搬迁参数与一第二搬迁参数，该权重式数据搬迁控制装置的一实施例包含一储存控制器，能够执行至少下列步骤以控制该非挥发性内存的数据搬迁：将每该已用区块的第一搬迁参数与第二搬迁参数分别乘以一第一权重值与一第二权重值，从而得到每该已用区块的一搬迁优先权索引(relocation priority index)，其中该第一搬迁参数与第二搬迁参数的至少其中之一及/或该第一权重值与第二权重值的至少其中之一相依于一热侦测结果；比较每该已用区块的搬迁优先权索引与至少一门坎值，从而得到每该已用区块的一比较结果；以及若该多个已用区块的一已用储存区块的比较结果显示该已用储存区块符合一预设搬迁门坎，将该已用储存区块中的有效数据搬移至该多个未用区块的一未用储存区块。
本案另提供一种权重式数据搬迁控制方法，其是由本案的权重式数据搬迁控制装置或其等效装置来执行，能够控制一非挥发性内存的数据搬迁，该非挥发性内存包含多个已用区块与多个未用区块，每该已用区块对应一第一搬迁参数与一第二搬迁参数，该权重式数据搬迁控制方法的一实施例包含下列步骤：将每该已用区块的第一搬迁参数与第二搬迁参数分别乘以一第一权重值与一第二权重值，从而得到每该已用区块的一搬迁优先权索引，其中该第一搬迁参数与第二搬迁参数的至少其中之一及/或该第一权重值与第二权重值的至少其中之一相依于一热侦测结果；比较每该已用区块的搬迁优先权索引与至少一门坎值，从而得到每该已用区块的一比较结果；以及若该多个已用区块的一已用储存区块的比较结果显示该已用储存区块符合一预设搬迁门坎，将该已用储存区块中的有效数据搬移至该多个未用区块的一未用储存区块。
有关本案的特征、实作与功效，兹配合图式作较佳实施例详细说明如下。
附图说明
〔图1A〕为本案的权重式数据搬迁控制装置的一实施例的示意图；
〔图1B〕为图1A的储存控制器所执行的步骤的一实施例的示意图；
〔图1C〕为本案的权重式数据搬迁控制装置的另一实施例的示意图；
〔图1D〕为本案的权重式数据搬迁控制装置的又一实施例的示意图；以及
〔图2〕为本案的权重式数据搬迁控制方法的一实施例的示意图。
具体实施方式
以下说明内容的用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释以本说明书的说明或定义为准。
本案的揭露内容包含权重式数据搬迁(data relocation)控制装置与方法，可应用于储存控制装置像是固态硬盘控制器(solid state drive controller,SSDcontroller)或其它用来控制非挥发性内存(例如闪存)之存取的装置。该权重式数据搬迁控制装置的部分组件单独而言可能为已知组件，在不影响发明之充分揭露及可实施性的前提下，以下说明对于个别已知组件的细节将予以节略；另外，该方法可以是软件及/或固件的形式，藉由本案的装置或其等效装置来执行。
本技术领域具有通常知识者可依现有通常知识及/或本案明了一般非挥发性内存的储存机制(例如依数据区块的逻辑排序来依序储存的机制)、无效数据产生的缘由(例如当旧数据被新数据取代时，旧数据被标记为无效而非直接被新数据覆写)、有效数据笔数的估测(例如通过计数器来累加无效数据的笔数或递减有效数据的笔数)以及储存时间的估测(例如依复数笔数据储存顺序的先后来估测该复数笔数据的储存时间)等，在不影响发明之充分揭露及可实施性的前提下，相关细节在此不予赘述。
参阅图1A，图1A系根据本案一实施例绘示的一种权重式数据搬迁控制装置的示意图。权重式数据搬迁控制装置100能够控制一非挥发性内存10的数据搬迁，该内存10可从属于或独立于该控制装置100，包含多个已用区块12(used blocks)与多个未用区块14(unused blocks)，已用区块12中每一者对应多个搬迁参数，该些搬迁参数包含一第一搬迁参数与一第二搬迁参数，为便于了解，以下说明中该第一搬迁参数与第二搬迁参数分别代表一无效数据数(count of invalid data)与一储存时间次序(ranking of storagetime)，然此非实施限制。
在一些实施例中，储存时间愈长者，储存时间次序的次序值愈高。
在一些实施例中，第一搬迁参数与第二搬迁参数亦可分别代表一有效数据数与一储存时间次序，其中储存时间愈长者，次序值愈低。
在一些实施例中，控制装置100包含一储存控制器110，其可藉由一般的内存控制器佐以运算器(例如乘法器或其等效组件、加法器或其等效组件、以及比较器或其等效组件)来实现，该运算器可从属于或独立于该内存控制器，储存控制器110能够执行至少图1B所示的步骤以控制内存10的数据搬迁。
在图1B中，步骤S112将已用区块12的每一者的第一搬迁参数与第二搬迁参数分别乘以一第一权重值与一第二权重值，从而得到已用区块12的每一者的一搬迁优先权索引，其中，该第一搬迁参数与第二搬迁参数的产生与储存属于习知或自行研发的技术，非属本实施例之技术特征，故相关细节在此予以节略。
于一实施例中，由于数据的有效储存时间会随着内存10之使用寿命的减少而缩短，使得依储存时间来搬迁数据一事随着时间经过变得愈发重要，因此，储存控制器110可进一步依据内存10的估测寿命来调整第一权重值与第二权重值，亦即储存控制器110可因应内存10的估测寿命的减少调低该第一权重值并调高该第二权重值，其中储存控制器10可依据一抹除次数或数据正确性流失率的估测(例如数据读取时依据错误更正码(errorcorrection code,ECC)对数据进行更正的更正率)来估计该非挥发性内存之寿命，该抹除次数的减少或该更正率的增加是反映内存10的估测寿命的缩短。
于一实施例中，步骤S112包含下列子步骤以增加该搬迁优先权索引之产生弹性：将该第一搬迁参数乘以该第一权重值以得到一第一参考值；将该第二搬迁参数乘以该第二权重值以得到一第二参考值；以及以一直接或加权的方式来加总该第一参考值与该第二参考值，从而得到该搬迁优先权索引。于一实施例中，步骤S112是藉由一乘法器或其等效组件以及藉由一加法器或其等效组件来实现。
在图1B中，步骤S114比较已用区块12的每一者的搬迁优先权索引与至少一门坎值，从而得到已用区块12的每一者的一比较结果。该至少一门坎值是由实施本实施例者依其需求来决定。
于一实施例中，该至少一门坎值可随该内存10的估测寿命而变动，例如该至少一门坎值随着该内存10的估测寿命的减少而降低，然此并非实施的必要。
于一实施例中，步骤S114是藉由比较器或其等效组件来实现。
在图1B中，若已用区块12的一已用储存区块的比较结果显示该已用储存区块符合一预设搬迁门坎，步骤S116将该已用储存区块中的有效数据搬移至未用区块14的一未用储存区块。在本实施例中，若比较结果显示已用储存区块的搬迁优先权索引达到该默认门坎值，所述的已用储存区块即符合该预设搬迁门坎，此时储存控制器110可将该已用储存区块中的有效数据搬移至该未用储存区块。
于一实施例中，步骤S116是藉由一般的内存控制器来实现。
承上所述，于本实施例的一实施样态中，该内存10处于使用寿命的初期，该第一搬迁参数与第二搬迁参数分别为无效数据数与储存时间次序，分别对应垃圾收集规则与数据保存规则，该第一搬迁参数与第二搬迁参数之最大值分别为25与100，已用区块12之一第一已用区块的第一搬迁参数与第二搬迁参数的值分别为5与30，已用区块12一第二已用区块的第一搬迁参数与第二搬迁参数的值分别为10与25，该第一权重值与第二权重值分别为0.6×(100/25)＝2.4与0.4(其中「×(100/25)」是用来平衡第一搬迁参数与第二搬迁参数的差异，可以是也可以不是实际执行的运算，且非实施的必要)，该至少一门坎值包含一搬迁门坎值为25，在上述设定下，该储存控制器110会先执行步骤S112以求出该第一与第二已用区块的搬迁优先权索引分别为(5×2.4+30×0.4)＝24与(10×2.4+25×0.4)＝34，接着执行步骤S114以得到该第一已用区块的比较结果为第一种结果(比较结果「24<25」符合搬迁优先权索引小于搬迁门坎值的情形)以及得到该第二已用区块的比较结果为第二种结果(比较结果「34>25」符合搬迁优先权索引大于或等于搬迁门坎值的情形)，然后执行步骤S116以将符合预设搬迁门坎的第二已用区块的有效数据搬移至多个未用区块14的一未用储存区块。相较之下，先前技术可能基于最坏情形下的数据保存考虑搬移储存时间较久的第一已用区块的数据，然而，由于内存10处于使用寿命的初期，此时仍无数据保存的疑虑，故先前技术会过早地搬移该第一已用区块的数据，从而造成效能浪费与可用抹除次数的减少。
于本实施例的另一实施样态中，该内存10处于使用寿命之晚期，该第一权重值与第二权重值分别为0.1×(100/25)＝0.4与0.9，且其它设定与前一实施样态的设定相同，在此设定下，该储存控制器110会先执行步骤S112以求出该第一与第二已用区块的搬迁优先权索引分别为(5×0.4+30×0.9)＝29与(10×0.4+25×0.9)＝26.5，接着执行步骤S114以得到该第一与第二已用区块的比较结果均为第二种结果(比较结果「29≥25以及26.5≥25」均符合搬迁优先权索引大于或等于搬迁门坎值的情形)，然后执行步骤S116以将符合预设搬迁门坎的第一与第二已用区块的有效数据分别搬移至二个未用区块14，藉此在较高的第二权重值的设定下及早进行数据搬移以避免数据流失。实施本实施例者亦可直接依最坏情形下或自定情境下的考虑使用固定的第一权重值与第二权重值。
参阅图1A与图1B的步骤S114，于一实施例中，该至少一门坎值包含第一门坎值与第二门坎值，若已用区块12其中一者的搬迁优先权索引达到该第一门坎值，储存控制器110给予达到该第一门坎值的之该者一第一搬迁优先权；若已用区块12其中一者的搬迁优先权索引介于该第一门坎值与第二门坎值之间，储存控制器110给予介于该第一门坎值与第二门坎值之间的该者一第二搬迁优先权；若该已用区块12其中一者的搬迁优先权索引未达到该第二门坎值，储存控制器110给予未达到该第二门坎值的该者一第三搬迁优先权，且该第三搬迁优先权低于该第二搬迁优先权，并且该第二搬迁优先权低于该第一搬迁优先权。藉由上述，储存控制器110可依搬迁优先权索引来将已用区块12分组，从而优先搬迁搬迁优先权较高的组别。当然，本领域具有通常知识者能够依循上述说明来使用更多门坎值，藉此将已用区块12分为更多组。
参阅图1A与图1B的步骤S116，于一实施例中，在储存控制器110搬移该已用储存区块的有效数据后，储存控制器110可进一步执行下列步骤：抹除该已用储存区块以使其变得可用；以及将该未用储存区块视为已用。储存区块的抹除操作与回收操作的任一单独而言属于本领域的习知技术，其细节在此予以节略。
前述第一搬迁参数与第二搬迁参数的至少其中之一及/或第一权重值与第二权重值的至少其中之一也可与一环境因素相依，该环境因素例如是权重式数据搬迁控制装置100所处环境的温度，当环境温度愈高，内存10所保存的数据愈容易流失，因此控制装置100可进一步依据一热感测器(thermal sensor)120之一热侦测结果来决定该第一搬迁参数与第二搬迁参数的至少其中之一及/或决定该第一权重值与第二权重值的至少其中之一，其中热感测器120可包含于控制装置100中如图1C所示，或于另一实施例中独立于控制装置100之外如图1D所示。参阅图1C或图1D，热感测器120会侦测控制装置100所处环境的温度，并据以产生一热侦测结果，其可为数字信息或模拟信息，当该热侦测结果为模拟信息时，控制装置100会利用一已知的模拟至数字转换电路将该模拟信息转换为该数字信息，而于得到该热侦测结果后，控制装置100的储存控制器110便可依据该结果通过查表或其均等方式来选择适当的值做为该第一搬迁参数与第二搬迁参数的至少其中之一及/或该第一权重值与第二权重值的至少其中之一、或通过运算(例如四则运算)来调整目前的第一搬迁参数与第二搬迁参数的至少其中之一及/或该第一权重值与第二权重值的至少其中之一、或维持目前的第一搬迁参数与第二搬迁参数及/或该第一权重值与第二权重值不变，上述查表操作、运算操作与维持操作可被适当结合以供使用。于一实施例中，若以x与y来分别代表目前的第一搬迁参数与第二搬迁参数或第一权重值与第二权重值，在其它条件不变时，图1C或图1D的控制装置100可依热侦测结果T来决定更新后的第一搬迁参数与第二搬迁参数或第一权重值与第二权重值分别为x/f(T)与y.g(T)，其中f(T)与g(T)与热侦测结果T之关系的一范例如下表1所示，然此并非实施限制，本领域人士可依其需求及本案的揭露内容来推衍出其它范例。
表1
f(T) g(T)
T低于20℃ 0.5 0.5
T＝20℃～30℃ 1 1
T＝31℃～50℃ 1.5 1.5
T＝51℃～80℃ 2 2
T＝81℃～100℃ 4 4
T高于100℃ 5 5
除前述的控制装置100，本案另提出一种权重式数据搬迁控制方法，其是由控制装置100或其等效装置来执行，同样能控制一非挥发性内存的数据搬迁，该非挥发性内存包含多个已用区块与多个未用区块，已用区块的每一者对应一第一搬迁参数与一第二搬迁参数，该控制方法的一实施例如图2所示，包含下列步骤：
步骤S210：将每个已用区块的第一搬迁参数与第二搬迁参数分别乘以一第一权重值与一第二权重值，从而得到每个已用区块的一搬迁优先权索引，其中该第一搬迁参数与第二搬迁参数的至少其中之一及/或该第一权重值与第二权重值的至少其中之一相依于一热侦测结果。
步骤S220：比较每个已用区块的搬迁优先权索引与至少一门坎值，从而得到每个已用区块的一比较结果。
步骤S230：若已用区块的一已用储存区块的比较结果显示该已用储存区块符合一预设搬迁门坎，将该已用储存区块中的有效数据搬移至该多个未用区块的一未用储存区块。
由于本领域具有通常知识者能够藉由前揭装置实施例的揭露来推知本方法实施例的细节与变化，更明确地说，前揭装置实施例的技术特征均可合理应用于本方法实施例中，因此，在不影响本方法实施例的揭露要求与可实施性的前提下，重复及冗余的说明在此予以省略。
综上所述，本案藉由综合考虑多个搬迁参数以适应性地给予所述搬迁参数适当的权重，从而改善数据搬迁的效能并延长非挥发性内存的寿命。
虽然本案的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本案，本技术领域具有通常知识者可依据本案的明示或隐含的内容对本案的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本案所寻求的专利保护范畴，换言之，本案的专利保护范围须视本说明书的申请专利范围所界定者为准。
【符号说明】
10 非挥发性内存
12 多个已用区块
14 多个未用区块
100 权重式数据搬迁控制装置
110 储存控制器
120 热感测器
S112～S116 步骤
S210～S230 步骤。

Claims (8)

1.一种权重式数据搬迁控制装置，能够控制一非挥发性内存的数据搬迁，该非挥发性内存包含多个已用区块与多个未用区块，每该已用区块对应一第一搬迁参数与一第二搬迁参数，该权重式数据搬迁控制装置包含：
一储存控制器，能够执行至少下列步骤以控制该非挥发性内存的数据搬迁：
将每该已用区块的第一搬迁参数与第二搬迁参数分别乘以一第一权重值与一第二权重值，从而得到每该已用区块的一搬迁优先权索引，其中该第一搬迁参数与第二搬迁参数的至少其中之一及/或该第一权重值与第二权重值的至少其中之一相依于一热侦测结果；
比较每该已用区块的搬迁优先权索引与至少一门坎值，从而得到每该已用区块的一比较结果；以及
若该多个已用区块的一已用储存区块的比较结果显示该已用储存区块符合一预设搬迁门坎，将该已用储存区块中的有效数据搬移至该多个未用区块的一未用储存区块，
其中，该储存控制器依据该非挥发性内存的估测寿命调整该第一权重值与第二权重值。
2.根据权利要求1所述的权重式数据搬迁控制装置，其中该第一搬迁参数为一无效数据数，该第二搬迁参数为一储存时间次序。
3.根据权利要求1所述的权重式数据搬迁控制装置，其中该储存控制器依据一抹除次数来估计该非挥发性内存的估测寿命，该抹除次数的增加反映该非挥发性内存的估测寿命的减少。
4.根据权利要求1或2所述的权重式数据搬迁控制装置，其中该储存控制器因非挥发性内存的估测寿命的减少调低该第一权重值并调高该第二权重值。
5.根据权利要求1所述的权重式数据搬迁控制装置，其中该至少一门坎值包含一第一门坎值与一第二门坎值，若该多个已用区块的至少其中之一的搬迁优先权索引达到该第一门坎值，该储存控制器给予达到该第一门坎值的已用区块一第一搬迁优先权；若该多个已用区块的至少其中之一的搬迁优先权索引介于该第一门坎值与第二门坎值之间，该储存控制器给予介于该第一门坎值与第二门坎值之间的已用区块一第二搬迁优先权；若该多个已用区块的至少其中之一的搬迁优先权索引未达到该第二门坎值，该储存控制器给予未达到该第二门坎值的已用区块一第三搬迁优先权，且该第三搬迁优先权低于该第二搬迁优先权，并且该第二搬迁优先权低于该第一搬迁优先权。
6.根据权利要求1所述的权重式数据搬迁控制装置，其中得到每该已用区块的搬迁优先权索引的步骤包含：将该第一搬迁参数乘以该第一权重值以得到一第一参考值；将该第二搬迁参数乘以该第二权重值以得到一第二参考值；以及以一直接或加权的方式来加总该第一参考值与该第二参考值，从而得到该搬迁优先权索引。
7.一种权重式数据搬迁控制方法，由一储存控制器来执行，能够控制一非挥发性内存的数据搬迁，该非挥发性内存包含多个已用区块与多个未用区块，每该已用区块对应一第一搬迁参数与一第二搬迁参数，该权重式数据搬迁控制方法包含下列步骤：
将每该已用区块的第一搬迁参数与第二搬迁参数分别乘以一第一权重值与一第二权重值，从而得到每该已用区块的一搬迁优先权索引，其中该第一搬迁参数与第二搬迁参数的至少其中之一及/或该第一权重值与第二权重值的至少其中之一相依于一热侦测结果；
比较每该已用区块的搬迁优先权索引与至少一门坎值，从而得到每该已用区块的一比较结果；以及
若该多个已用区块的一已用储存区块的比较结果显示该已用储存区块符合一预设搬迁门坎，将该已用储存区块中的有效数据搬移至该多个未用区块的一未用储存区块，
所述权重式数据搬迁控制方法进一步包含：依据该非挥发性内存的估测寿命调整该第一权重值与第二权重值。
8.根据权利要求7所述的权重式数据搬迁控制方法，其中该第一搬迁参数为一无效数据数，该第二搬迁参数为一储存时间次序。
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