CN108628718A - 一种减轻温度影响的ssd管理方法及ssd - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减轻温度影响的SSD管理方法及SSD，其特征在于通过不同温度下对FLASH各个块进行读写操作，获得各个块的温敏属性，并记录追踪；在数据写入时记录各个数据块写入时的温度特征值，当数据读取发生错误时，根据读取块的温敏属性，调整系统温度，调整后再进行数据读取，如果还是错误才将出错块记录为坏块。通过写数据时，当系统温度异常时，选择“温敏”属性匹配的块，更好地减少温度的不良影响，从而提高数据可靠性。当读取数据有错误发生，根据块的“温敏”属性和“温度特征值”，结合系统温度进行判断，进而做出不同的处理，减少“坏块”误判的发生。有效地减少在高温、低温、跨温等情况下温度对SSD的可靠性的影响，并减少误判“坏块”的概率。

Description

一种减轻温度影响的SSD管理方法及SSD
技术领域
本发明涉及存储技术领域，尤其涉及一种减轻温度影响的SSD管理方法及SSD。
背景技术
NAND Flash(闪存)作为SSD(固态硬盘)的主要存储介质，NAND Flash的可靠性直接决定了SSD的可靠性，而NAND Flash的原始比特错误率受温度影响而增加，从而影响NANDFlash的可靠性。
图1是典型的NAND Flash的组成示意图；通道DIE可独立并发操作的单元；一个DIE包括若干Block。块Block可独立擦除的单元，使用前必须要将整个Block擦除，每个Block包括若干Page。Page:读写单元。“坏块”指由于可靠性等原因，永久性不能使用的Block。
现有传统的处理方法都是通过在高低温时降低对NAND Flash的访问速度和频率来减少错误的发生。图2是传统温度管理方法流程图，SSD温度监控模块采集当前温度，判断当前温度是否超过降频阀值，如果没有，则系统正常运行，并继续，SSD温度监控模块采集当前温度；如果超过则降低系统频率，间隔一段时间重新读取温度信息，判断是否回到恢复阀值，如果是则恢复系统频率，如果否则继续间隔一段时间重新读取温度信息，并再次判断。一般地主要的方法有通过降频的方法，来减少SSD系统包括NAND Flash自身工作产生的温度，从而减弱温度的影响；同时可能采用增加内部延时的方法，减少对NAND Flash访问速度，从而减少发生错误的概率。
图3是传统读写操作流程图；当发生读写需求时，先获取系统可用的Block，并进行读写操作，同时判断是否存在错误，如果存在则纪录所在Block为坏块，如果不存在错误，则正常结束本次操作。传统的方法中，读写操作并不关联温度相关的判断条件，更不会关联Block级的温度对抗能力。如果在当在某些温度下block对该温度很敏感，那么写入到这些block的数据可靠性下降，无法通过降频来解决问题，而且往往会把这些Block视为坏块，进而对SSD而言，可用Block数量相应减少。
如果仅采用这种方法，对温度影响的减少有限，且无法排除“坏块”误判。
发明内容
针对以上缺陷，本发明目的在于如何降低系统温度变化对FLASH数据块的影响，进而实现降低温度带来的不利影响。
为了实现上述目的，本发明提供了一种减轻温度影响的SSD管理方法，其特征在于通过不同温度下对FLASH各个块进行读写操作，获得各个块的温敏属性，并记录追踪；在数据写入时，根据系统温度，选择适合温敏属性的块写入数据；在数据写入时记录各个数据块写入时的温度特征值，当数据读取发生错误时，根据读取块的温敏属性，调整系统温度，调整后再进行数据读取，如果还是错误才将出错块记录为坏块。
所述的减轻温度影响的SSD管理方法，其特征在于所述温敏属性包括温度不敏感、低温敏感、高温敏感和跨温敏感；所述温度特征值包括常温写入、低温写入、高温写入和特定写入。
所述的减轻温度影响的SSD管理方法，其特征在于在不同温度情况下对所有块进行读写测试，根据所呈现的原始比特错误率和温度的关系获得各个块的温敏属性：对于随着温度变化，原始比特错误率基本保持不变的记录为温度不敏感；对于低温区，原始比特错误率呈现较高的记录为低温敏感；对于高温区，原始比特错误率呈现较高的记录为高温敏感；对于随着温度变化，原始比特错误率在两个温度区间呈现急剧变化的记录为跨温敏感。
所述的减轻温度影响的SSD管理方法，其特征在于FLASH在数据写入前，先检测系统当前温度，选择温敏属性匹配的块作为写入的目标块。
所述的减轻温度影响的SSD管理方法，其特征在于在读取有错误发生时进行读取系统温度，进行查询判断是否超过温度阈值，超过温度阈值，则进行降频之后继续处理；如果不超过温度阈值，则判断该错误与温度不关联，进入坏块处理后完成；降频之后会进行重新读取，如果重新读取仍然有问题，则判断该block在当前条件下是否为敏感型块，如果不是，则应该判断为坏块；如果是则需要将当前系统温度调整到不敏感区后再读取判断。
一种SSD，其特征在于SSD增加各个块的存储温敏属性和温度特征值，通过不同温度对FLASH各个块进行读写操作，获得各个块的温敏属性，并记录；在数据写入时记录各个数据块写入时的温度特征值，当数据读取发生错误时，根据读取块的温敏属性，调整系统温度，调整后再进行数据读取，如果还是错误才将出错块记录为坏块。
所述的SSD，其特征在于所述温敏属性包括温度不敏感、低温敏感、高温敏感和跨温敏感；所述温度特征值包括常温写入、低温写入、高温写入和特定写入。
所述的SSD，其特征在于在不同温度情况下对所有块进行读写测试，根据所呈现的原始比特错误率和温度的关系获得各个块的温敏属性：对于低温区，原始比特错误率基本保持不变的记录为温度不敏感；对于高温区，原始比特错误率呈现下降趋势的记录为低温敏感；对于随着温度上升，原始比特错误率呈现上升趋势的记录为高温敏感；对于随着温度上升，原始比特错误率在两个温度区间呈现急剧变化的记录为跨温敏感。
所述的SSD，其特征在于FLASH在数据写入前，先根据系统当前温度选择当前温度不敏感的块作为写入的目标块。
所述的SSD，其特征在于在读取有错误发生时进行读取系统温度，进行查询判断是否超过温度阈值，超过温度阈值，则进行降频之后继续处理；如果不超过温度阈值，则判断该错误与温度不关联，进入坏块处理后完成；降频之后会进行重新读取，如果重新读取仍然有问题，则判断该块在当前条件下是否为敏感型块，如果不是，则应该判断为坏块；如果是则需要将当前系统温度调整到不敏感区后再读取判断。
本发明通过写数据时，当系统温度异常时，选择“温敏”属性匹配的块，可以更好地减少温度的不良影响，从而提高数据可靠性。当读取数据有错误发生，根据块的“温敏”属性和“温度特征值”，结合系统温度进行判断，进而做出不同的处理，减少“坏块”误判的发生。可有效地减少在高温、低温、跨温等情况下温度对SSD的可靠性的影响，并减少误判“坏块”的概率。
附图说明
图1是典型的NAND Flash的组成示意图；
图2是传统温度管理方法流程图；
图3是传统写操作流程图；
图4是三种典型NAND Flash的Block对温度的不同特性表现示意图；
图5是温敏属性和温度特征值管理示例；
图6是温度管理流程示意图；
图7是温敏属性初始化流程示意图；
图8是写入操作流程示意图；
图9是读操作流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出了一种新的NAND Flash管理策略：对Block引入“温敏”属性，记录Block的温度敏感类型；引入“温度特征值”属性，来追踪写入数据时的系统温度。通过这两个值来管理温度影响，从而强化SSD对抗温度变化的影响。可有效地减少在高温、低温、跨温等情况下温度对SSD的可靠性的影响，并减少误判“坏块”的概率。
图4是三种典型NAND Flash的Block对温度的不同特性表现示意图；这里仅指温度的影响(已排除擦写次读次数等影响)。
A是低温敏感型，是指当在不同温度下，写入后的原始比特错误率的情况。可见在低温时，写入后的原始比特错误率的特别高，可视为低温敏感型。
B是高温敏感型，是指当在不同温度下，写入后的原始比特错误率的情况可见在高温时，写入后的原始比特错误率的特别高，可视为高温敏感型。
以上两种类型，一般地在读取时，并不受温度影响。
C是跨温敏感型，是指当在某温区(高温或者低温)写入后，读取时在另一个温区即跨温区之后，原始比特错误率会发生急剧上升的情况，可视为跨温敏感型。
表1
表2
为了将温度管理关联到block级别，将“温敏”和“温度特征值”纳入Block属性字段。如图5所示，用2bit来管理温敏属性，用2bit管理写入时温度特征值。如表1和表2，描述了温敏属性和温度特征值的说明。所涉及的管理用Bit数量(属性数量)均是可扩展和可配置，不局限所列种类数量。
基于表1和表2的信息和设定，本发明的具体技术方案分为3个主要的部分，如图6是温度管理流程示意图，主要包括三部分：
第一部分，对Block的温敏属性进行初始化。初始化的过程是，在不同情况下，对所有Block进行写读测试，根据所呈现的原始比特错误率和温度的关系，记录Block的温敏属性。具体为按Block遍历写，写后按不同的温区进行的循环读操作，并记录各个Block的温敏属性。
第二部分，当写入操作时，根据系统温度，选择符合需求的Block作为写入目标单元，并记录温度到温度特征值。
第三部分，当读取操作发生错误，对发生错误的所在Block温敏属性和系统温度对比，决定是否把该block归为坏块。
以下分别说明这三个部分的处理流程。
图7是温敏属性初始化流程示意图；说明如何进行Block温敏属性初始化该流程图仅说明主要步骤。首先进行不同温区的写读测试，温区的数量选择可配置，测试次数同样可以配置，取决于产品需求。当完成所有温区的测试之后，可以把block的温敏属性：高温或者低温敏感属性，记录到属性管理表。然后，进行跨温区的写读测试，选择高温敏感型在高温写入后，在低温读取，以及反之，选择低温敏感型在低温写入后，在高温读取，判断是否跨温敏感性，并更新属性管理表。本方案中温敏属于保存在非易失性介质中，可以达到长期性的管理需求，比如掉电之后，温敏属性表示可以重新恢复建立起来，可以长期追踪。
图8是写入操作流程示意图，说明如何写入操作。当SSD系统有写入需求时，首先查询管理表获得可用Block；此时进行读取系统温度，进行查询判断是否超过温度阈值，这里设定的温度阈值可根据NAND Flash的特性进行配置具体的值和数量。以低温为例，此时需要查看前述所获得的Block是否非低温敏感Block，如果是则判断为不适用，需要重新选择新的符合非低温敏感型的block。如果获得了新的Block则更新温度特征值之后进行写入操作。如果无法获取，则进入错误处理流程。在错误处理之后，更新当前写入温度特征值，可以继续写操作。温度特征值同时会跟随Page记录到NAND Flash中。本发明实际过程更为复杂，以简单例子说明，在低温情况下，选择非低温敏感的Block，那么该Block将来发生错误的概率显然下降。
图9是读操作流程示意图，用以说明如何读操作。当SSD系统有读入需求时；首先读取是否有错误发生，如无发生则正常结束。如果发生错误，则进行读取系统温度，进行查询判断是否超过阈值，这里设定的温度阈值可根据NAND Flash的特性进行配置具体的值和数量。如果超过温度阈值，则进行降频之后继续处理。如果不超过温度阈值，则判断该错误与温度不关联，进入坏块处理后完成。降频之后会进行重新读取，如果无错误，则仍然该block需要进行错误处理。如果重新读取仍然有问题，然后判断该block在当前条件下是否为敏感型Block，如果是，则不应该被判断为坏块。如果不是，则应该判断为坏块。以跨温为例，如此时系统温度为高温，同时如果该Block跨温敏感且写入数据时为低温，那么该block收到了严重的温度影响而发生错误，不应该判断为坏块。如果该block为温度不敏感型Block，则判断错误并不是由于受到温度影响而发生。本发明实际判断过程更为复杂，这里以简单例子为例，可有效避免坏块误判。
综上所述，通过本发明的管理策略，可有效地减少在高温、低温、跨温等情况下温度对SSD的可靠性的影响，并减少误判“坏块”的概率。
以上所揭露的仅为本发明一种实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种减轻温度影响的SSD管理方法，其特征在于通过不同温度下对FLASH各个块进行读写操作，获得各个块的温敏属性，并记录追踪；在数据写入时，根据系统温度，选择适合温敏属性的块写入数据；在数据写入时记录各个数据块写入时的温度特征值，当数据读取发生错误时，根据读取块的温敏属性，调整系统温度，调整后再进行数据读取，如果还是错误才将出错块记录为坏块。
2.根据权利要求1所述的减轻温度影响的SSD管理方法，其特征在于所述温敏属性包括温度不敏感、低温敏感、高温敏感和跨温敏感；所述温度特征值包括常温写入、低温写入、高温写入和特定写入。
3.根据权利要求2所述的减轻温度影响的SSD管理方法，其特征在于在不同温度情况下对所有块进行读写测试，根据所呈现的原始比特错误率和温度的关系获得各个块的温敏属性：对于随着温度变化，原始比特错误率基本保持不变的记录为温度不敏感；对于低温区，原始比特错误率呈现较高的记录为低温敏感；对于高温区，原始比特错误率呈现较高的记录为高温敏感；对于随着温度变化，原始比特错误率在两个温度区间呈现急剧变化的记录为跨温敏感。
4.根据权利要求3所述的减轻温度影响的SSD管理方法，其特征在于FLASH在数据写入前，先检测系统当前温度，选择温敏属性匹配的块作为写入的目标块。
5.根据权利要求4所述的减轻温度影响的SSD管理方法，其特征在于在读取有错误发生时进行读取系统温度，进行查询判断是否超过温度阈值，超过温度阈值，则进行降频之后继续处理；如果不超过温度阈值，则判断该错误与温度不关联，进入坏块处理后完成；降频之后会进行重新读取，如果重新读取仍然有问题，则判断该块在当前条件下是否为敏感型块，如果不是，则应该判断为坏块；如果是则需要将当前系统温度调整到不敏感区后再读取判断。
6.一种SSD，其特征在于SSD增加各个块的存储温敏属性和温度特征值，通过不同温度对FLASH各个块进行读写操作，获得各个块的温敏属性，并记录；在数据写入时记录各个数据块写入时的温度特征值，当数据读取发生错误时，根据读取块的温敏属性，调整系统温度，调整后再进行数据读取，如果还是错误才将出错块记录为坏块。
7.根据权利要求1所述的SSD，其特征在于所述温敏属性包括温度不敏感、低温敏感、高温敏感和跨温敏感；所述温度特征值包括常温写入、低温写入、高温写入和特定写入。
8.根据权利要求2所述的SSD，其特征在于在不同温度情况下对所有块进行读写测试，根据所呈现的原始比特错误率和温度的关系获得各个块的温敏属性：对于低温区，原始比特错误率基本保持不变的记录为温度不敏感；对于高温区，原始比特错误率呈现下降趋势的记录为低温敏感；对于随着温度上升，原始比特错误率呈现上升趋势的记录为高温敏感；对于随着温度上升，原始比特错误率在两个温度区间呈现急剧变化的记录为跨温敏感。
9.根据权利要求3所述的SSD，其特征在于FLASH在数据写入前，先根据系统当前温度选择当前温度不敏感的块作为写入的目标块。
10.根据权利要求4所述的SSD，其特征在于在读取有错误发生时进行读取系统温度，进行查询判断是否超过温度阈值，超过温度阈值，则进行降频之后继续处理；如果不超过温度阈值，则判断该错误与温度不关联，进入坏块处理后完成；降频之后会进行重新读取，如果重新读取仍然有问题，则判断该块在当前条件下是否为敏感型块，如果不是，则应该判断为坏块；如果是则需要将当前系统温度调整到不敏感区后再读取判断。
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