CN107403643B - 一种通过重定向提高3d fg nand闪存可靠性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过重定向提高3D FG NAND闪存可靠性的方法,包括:设置读干扰上限,获取闪存中原子操作的信息,包括原子操作类型以及原子操作的目标地址,获取闪存芯片中各空闲页的信息,包括页在闪存块中的位置以及页的类型。通过获取的信息对读热点页进行识别,并将读热点页中的数据迁移至产生读干扰较小的页位置,从而减小读干扰,提高闪存的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于计算机存储领域,更具体地,涉及一种通过重定向提高3D FGNAND闪存可靠性的方法。
背景技术
3D NAND闪存具有垂直堆叠的结构,它允许存储容量在Z轴方向进行扩展,从而能够克服半导体制程减小极限的问题,提供相对于传统2D NAND闪存更大的存储密度,因此得到日益广泛的应用并具有极大的发展潜力。3D NAND闪存包含FG和CT两类结构,本发明涉及3D NAND闪存中的FG结构,因此,对该类闪存进行简单的介绍。
如图2所示,其示出现有的3D FG NAND闪存的基本结构。在一个闪存块中,沿Z轴方向分布着若干层,每层中含有若干字线。3D FG NAND闪存中包含SLC页、低页(lower page)和高页(upper page)这三种类型的页,每个字线中包含一个(SLC页)或两个页(低页和高页)。当对一个目标页(Pagetgt)进行读操作时,该页所在层的字线被施加Vref电压,该层相邻层的字线被施加VpassH电压,此闪存块中其余层的字线被施加Vpass电压。
然而,现有的3D FG NAND闪存存在以下技术问题:一方面,由于VpassH高于Vpass,并且二者均高于Vref,当对Pagetgt进行读操作时,除Pagetgt所在层以外的其余层中的页均受到读干扰的影响并产生比特错误,并且Pagetgt的相邻层受到相比于非相邻层约10倍的读干扰;另一方面,由于读请求在地址空间上的访问具有集中性,部分页被反复读取,造成其相邻层内各页受到极大的累积读干扰,从而使相邻层内各页具有较高的比特错误率,导致闪存的可靠性下降。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷,本发明提供了一种通过重定向提高3D FGNAND闪存可靠性的方法和系统,其目的在于,通过对读热点页的重定向操作,有效提高3D FG NAND闪存的可靠性,从而解决现有3D FG NAND闪存存在的被读的页容易干扰其相邻层中页、以及读请求在地址空间上的集中性所导致的闪存可靠性下降的技术问题。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种通过重定向提高3D FGNAND闪存可靠性的方法,包括以下步骤:
(1)在FTL表中创建存储空间,其包括各闪存块中全部SLC页处以及闪存块按顺序编程时的前两层中的低页处的空闲页;
(2)从闪存控制器中获取请求,并判断该请求是读操作请求,还是擦除操作请求,还是写操作请求,如果是读操作请求,则转入步骤(3),如果是擦除操作请求,则转入步骤(7),如果是写操作请求,则转入步骤(8);
(3)执行读操作请求,向上层文件系统返回该读操作请求对应的目标页的数据,计算该读操作请求对应的目标页对其所在闪存块中其余目标页产生的读干扰的总和RDPtgt;
(4)判断步骤(3)中获得的读干扰的总和RDPtgt是否大于干扰阈值RDPth,若超过,则判定该目标页为读热点页,然后转入步骤(5),否则转入步骤(9);
(5)从步骤(1)中创建的存储空间中的每一个空闲页,根据与上述步骤(3)相同的公式计算该空闲页对该空闲页所在闪存块中的其余页产生的读干扰的总和,并将每个空闲页对应的总和按照从小到大的顺序进行排列,并从中选择出总和最小的空闲页Pagedst;
(6)将步骤(4)中判定的读热点页中的数据迁移到步骤(5)中选择的空闲页Pagedst,并将FTL中地址映射表中的读热点页设置为无效页,然后转入步骤(9);
(7)遍历该擦除操作请求对应的闪存块中的每个页,并判断其是否为SLC页,或者是该闪存块按顺序编程时的前两层中的低页,如果是,则将该页放入步骤(1)中创建的存储空间中,然后转入步骤(9),否则转入步骤(9);
(8)根据写操作请求对应的目标页的页号判断该目标页是否已位于存储空间中,若是,则从存储空间中删除该目标页,然后转入步骤(9),否则转入步骤(9);
(9)判断是否还有来自于闪存控制器的请求,如果没有则过程结束,否则返回步骤(2)。
优选地,目标页i对其所在闪存块中其余的某一个目标页j产生的读干扰是通过以下方式计算的:
其中αi表示第i页的类型系数,βj表示第j页的类型系数,γij表示第i页和第j页的相对位置系数,PE表示该闪存块的编程擦除(P/E)周期,Vij表示在读取第i页时第j页是否有效。
优选地,步骤(7)中判断某个页是否是SLC页,或者是该闪存块按顺序编程时的前两层中的低页,是通过读取该页的页号来判断,如果页号是处于闪存芯片的芯片手册中规定的SLC页范围中,则该页为SLC页,如果页号的范围处于闪存芯片的芯片手册中规定的闪存块按顺序编程时的前两层中的低页范围中,则该页是该闪存块按顺序编程时的前两层中的低页。
优选地,步骤(7)中,若在将页放入存储空间时,发现该存储空间中已经存储有该页,则不执行该放入存储空间的操作。
按照本发明的另一个方面,提供了一种通过重定向提高3D FG NAND闪存可靠性的系统,包括:
第一模块,用于在FTL表中创建存储空间,其包括各闪存块中全部SLC页处以及闪存块按顺序编程时的前两层中的低页处的空闲页;
第二模块,用于从闪存控制器中获取请求,并判断该请求是读操作请求,还是擦除操作请求,还是写操作请求,如果是读操作请求,则转入第三模块,如果是擦除操作请求,则转入第七模块,如果是写操作请求,则转入第八模块;
第三模块,用于执行读操作请求,向上层文件系统返回该读操作请求对应的目标页的数据,计算该读操作请求对应的目标页对其所在闪存块中其余目标页产生的读干扰的总和RDPtgt;
第四模块,用于判断第三模块中获得的读干扰的总和RDPtgt是否大于干扰阈值RDPth,若超过,则判定该目标页为读热点页,然后转入第五模块,否则转入第九模块;
第五模块,用于从第一模块中创建的存储空间中的每一个空闲页,根据与上述第三模块相同的公式计算该空闲页对该空闲页所在闪存块中的其余页产生的读干扰的总和,并将每个空闲页对应的总和按照从小到大的顺序进行排列,并从中选择出总和最小的空闲页Pagedst;
第六模块,用于将第四模块中判定的读热点页中的数据迁移到第五模块中选择的空闲页Pagedst,并将FTL中地址映射表中的读热点页设置为无效页,然后转入第九模块;
第七模块,用于遍历该擦除操作请求对应的闪存块中的每个页,并判断其是否为SLC页,或者是该闪存块按顺序编程时的前两层中的低页,如果是,则将该页放入第一模块中创建的存储空间中,然后转入第九模块,否则转入第九模块;
第八模块,用于根据写操作请求对应的目标页的页号判断该目标页是否已位于存储空间中,若是,则从存储空间中删除该目标页,然后转入第九模块,否则转入第九模块;
第九模块,用于判断是否还有来自于闪存控制器的请求,如果没有则过程结束,否则返回第二模块。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
(1)本发明能够解决现有3D FG NAND闪存中存在的被读的页容易干扰其相邻层中页的技术问题:由于采用了步骤(5)和步骤(6),将部分被反复读取的页中的数据转移到闪存块的最上层和最下层,因此,这部分页只对相邻的一层页造成严重的读干扰,从而有效减少了受到严重读干扰的页的数量。
(2)本发明能够解决现有3D FG NAND闪存中存在的读请求在地址空间上的集中性所导致的闪存可靠性下降的技术问题:由于采用了步骤(3)到步骤(6),将被集中读取的页判断为热点页从而将其中的数据转移到产生干扰较小的闪存页中,因此有效降低了总读干扰,提高了闪存块的可靠性。
附图说明
图1为本发明固态盘系统中读写优化调度方法的流程图。
图2为3D FG NAND闪存块基本结构侧视图。
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。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的整体思路在于,获取闪存中的读热点页,并将其重定向至抵抗读干扰的能力相对较强的闪存页位置,从而有效降低由反复读取位置闪存页所造成的累积高比特错误率,进而使闪存的可靠性得到提升。所谓重定向,指的是将原闪存页中的数据转移至一个选定的目标闪存页位置,具体而言,重定向操作发生在原读请求执行之后,即首先读取该闪存页中的数据并将其返回给上层文件系统,随后将该闪存页中的数据转移至选定的目标闪存页位置,最后修改物理页和逻辑页的映射关系,原物理页被置为无效页。
本发明充分考虑到闪存页之间的差异性,具体而言,对一个闪存块内不同类型的闪存页进行读操作,对该闪存块中其余层的各页造成的读干扰程度不同,从而作为判断读热点页以及选取重定向目标页位置的依据。
本发明充分考虑到重定向操作产生的额外开销,并对此开销进行了一定的消减,具体而言,传统的重定向操作涉及到读取闪存页中的数据、将该数据写入到重定向目标闪存页中这两个步骤,而本发明选取在系统下发读请求并执行读操作的时机进行重定向,由于此时读操作是本需要执行的操作而非由重定向引起的额外操作,此读操作可不计入开销。
如图1所示,本发明通过重定向提高3D FG NAND闪存可靠性的方法包括以下步骤:
(1)在闪存转换层(Flash Translation Layer,简称FTL)表中创建存储空间,其包括各闪存块中全部单层单元(Single Level Cell,简称SLC)页处以及闪存块按顺序编程时的前两层中的低页处的空闲页;
本步骤的优点在于,通过设置该存储空间,在对存储空间中的页进行读操作时,该页所在闪存块内的其他页受到的读干扰较小;
(2)从闪存控制器中获取请求,并判断该请求是读操作请求,还是擦除操作请求,还是写操作请求,如果是读操作请求,则转入步骤(3),如果是擦除操作请求,则转入步骤(7),如果是写操作请求,则转入步骤(8);
(3)执行读操作请求,向上层文件系统返回该读操作请求对应的目标页的数据,计算该读操作请求对应的目标页对其所在闪存块中其余目标页产生的读干扰的总和RDPtgt;
具体而言,目标页i对其所在闪存块中其余的某一个目标页j产生的读干扰是通过以下方式计算的(其中i和j为自然数):
其中αi表示第i页的类型系数,βj表示第j页的类型系数,γij表示第i页和第j页的相对位置系数,PE表示该闪存块的编程擦除(P/E)周期,Vij表示在读取第i页时第j页是否有效(当有效时,Vij等于1,当无效时,Vij等于0)。
(4)判断步骤(3)中获得的读干扰的总和RDPtgt是否大于干扰阈值RDPth,若超过,则判定该目标页为读热点页,然后转入步骤(5),否则转入步骤(9);
在本发明中,干扰阈值RDPth的取值是106。
(5)从步骤(1)中创建的存储空间中的每一个空闲页,根据与上述步骤(3)相同的公式计算该空闲页对该空闲页所在闪存块中的其余页产生的读干扰的总和,并将每个空闲页对应的总和按照从小到大的顺序进行排列,并从中选择出总和最小的空闲页Pagedst;
(6)将步骤(4)中判定的读热点页中的数据迁移到步骤(5)中选择的空闲页Pagedst,并将FTL中地址映射表中的读热点页设置为无效页,然后转入步骤(9);
(7)遍历该擦除操作请求对应的闪存块中的每个页,并判断其是否为SLC页,或者是该闪存块按顺序编程时的前两层中的低页,如果是,则将该页放入步骤(1)中创建的存储空间中,然后转入步骤(9),否则转入步骤(9);
具体而言,本步骤中判断某个页是否是SLC页,或者是该闪存块按顺序编程时的前两层中的低页,是通过读取该页的页号来判断,如果页号是处于闪存芯片的芯片手册中规定的SLC页范围中,则该页为SLC页,如果页号的范围处于闪存芯片的芯片手册中规定的闪存块按顺序编程时的前两层中的低页范围中,则该页是该闪存块按顺序编程时的前两层中的低页。
在本步骤中,若在将页放入存储空间时,发现该存储空间中已经存储有该页,则不执行该放入存储空间的操作。
(8)根据写操作请求对应的目标页的页号判断该目标页是否已位于存储空间中,若是,则从存储空间中删除该目标页,然后转入步骤(9),否则转入步骤(9);
(9)判断是否还有来自于闪存控制器的请求,如果没有则过程结束,否则返回步骤(2)。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种通过重定向提高3D FG NAND闪存可靠性的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)在FTL表中创建存储空间,其包括各闪存块中全部SLC页处以及闪存块按顺序编程时的前两层中的低页处的空闲页;
(2)从闪存控制器中获取请求,并判断该请求是读操作请求,还是擦除操作请求,还是写操作请求,如果是读操作请求,则转入步骤(3),如果是擦除操作请求,则转入步骤(7),如果是写操作请求,则转入步骤(8);
(3)执行读操作请求,向上层文件系统返回该读操作请求对应的目标页的数据,计算该读操作请求对应的目标页对其所在闪存块中其余目标页产生的读干扰的总和RDPtgt;其中目标页i对其所在闪存块中其余的某一个目标页j产生的读干扰是通过以下方式计算的:
其中αi表示第i页的类型系数,βj表示第j页的类型系数,γij表示第i页和第j页的相对位置系数,PE表示该闪存块的编程擦除(P/E)周期,Vij表示在读取第i页时第j页是否有效;
(4)判断步骤(3)中获得的读干扰的总和RDPtgt是否大于干扰阈值RDPth,若超过,则判定该目标页为读热点页,然后转入步骤(5),否则转入步骤(9);
(5)从步骤(1)中创建的存储空间中的每一个空闲页,根据与上述步骤(3)相同的公式计算该空闲页对该空闲页所在闪存块中的其余页产生的读干扰的总和,并将每个空闲页对应的总和按照从小到大的顺序进行排列,并从中选择出总和最小的空闲页Pagedst;
(6)将步骤(4)中判定的读热点页中的数据迁移到步骤(5)中选择的空闲页Pagedst,并将FTL中地址映射表中的读热点页设置为无效页,然后转入步骤(9);
(7)遍历该擦除操作请求对应的闪存块中的每个页,并判断其是否为SLC页,或者是该闪存块按顺序编程时的前两层中的低页,如果是,则将该页放入步骤(1)中创建的存储空间中,然后转入步骤(9),否则转入步骤(9);
(8)根据写操作请求对应的目标页的页号判断该目标页是否已位于存储空间中,若是,则从存储空间中删除该目标页,然后转入步骤(9),否则转入步骤(9);
(9)判断是否还有来自于闪存控制器的请求,如果没有则过程结束,否则返回步骤(2)。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(7)中判断某个页是否是SLC页,或者是该闪存块按顺序编程时的前两层中的低页,是通过读取该页的页号来判断,如果页号是处于闪存芯片的芯片手册中规定的SLC页范围中,则该页为SLC页,如果页号的范围处于闪存芯片的芯片手册中规定的闪存块按顺序编程时的前两层中的低页范围中,则该页是该闪存块按顺序编程时的前两层中的低页。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(7)中,若在将页放入存储空间时,发现该存储空间中已经存储有该页,则不执行该放入存储空间的操作。
4.一种通过重定向提高3D FG NAND闪存可靠性的系统,其特征在于,包括:
第一模块,用于在FTL表中创建存储空间,其包括各闪存块中全部SLC页处以及闪存块按顺序编程时的前两层中的低页处的空闲页;
第二模块,用于从闪存控制器中获取请求,并判断该请求是读操作请求,还是擦除操作请求,还是写操作请求,如果是读操作请求,则转入第三模块,如果是擦除操作请求,则转入第七模块,如果是写操作请求,则转入第八模块;
第三模块,用于执行读操作请求,向上层文件系统返回该读操作请求对应的目标页的数据,计算该读操作请求对应的目标页对其所在闪存块中其余目标页产生的读干扰的总和RDPtgt;其中目标页i对其所在闪存块中其余的某一个目标页j产生的读干扰是通过以下方式计算的:
其中αi表示第i页的类型系数,βj表示第j页的类型系数,γij表示第i页和第j页的相对位置系数,PE表示该闪存块的编程擦除(P/E)周期,Vij表示在读取第i页时第j页是否有效;
第四模块,用于判断第三模块中获得的读干扰的总和RDPtgt是否大于干扰阈值RDPth,若超过,则判定该目标页为读热点页,然后转入第五模块,否则转入第九模块;
第五模块,用于从第一模块中创建的存储空间中的每一个空闲页,根据与上述第三模块相同的公式计算该空闲页对该空闲页所在闪存块中的其余页产生的读干扰的总和,并将每个空闲页对应的总和按照从小到大的顺序进行排列,并从中选择出总和最小的空闲页Pagedst;
第六模块,用于将第四模块中判定的读热点页中的数据迁移到第五模块中选择的空闲页Pagedst,并将FTL中地址映射表中的读热点页设置为无效页,然后转入第九模块;
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第八模块,用于根据写操作请求对应的目标页的页号判断该目标页是否已位于存储空间中,若是,则从存储空间中删除该目标页,然后转入第九模块,否则转入第九模块;
第九模块,用于判断是否还有来自于闪存控制器的请求,如果没有则过程结束,否则返回第二模块。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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