CN109799949A - 于记忆装置中进行刷新管理的方法、记忆装置和其控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用来于一记忆装置中进行刷新管理的方法以及相关的记忆装置及其控制器，其中所述记忆装置包括一非挥发性存储器，且所述非挥发性存储器包括多个非挥发性存储器组件。所述方法可包括：监控所述记忆装置的温度，其中所述温度是通过一温度传感器来侦测；依据所述温度来更新一记录最高温与一记录最低温；检查所述记录最高温与所述记录最低温之间的差值是否大于一预定温度阈值；以及当所述差值大于所述预定温度阈值时，触发所述记忆装置的刷新。本发明的好处之一在于，通过刷新管理，本发明能针对所述控制器的运作进行妥善的控制，以避免温度剧烈变化的状况下的数据错误。
Description
技术领域
本发明是涉及闪存(Flash memory)的存取(access)，尤其涉及一种用来于一记忆装置中进行刷新(refresh)管理的方法以及相关的记忆装置及其控制器。
背景技术
近年来由于存储器的技术不断地发展，各种可携式或非可携式记忆装置(例如：符合SD/MMC、CF、MS、XD或UFS标准的记忆卡；又例如：固态硬盘；又例如：符合UFS或EMMC规格的嵌入式(embedded)存储装置)被广泛地实施于诸多应用中。因此，这些记忆装置中的存储器的访问控制遂成为相当热门的议题。
以常用的NAND型闪存而言，其主要可区分为单阶细胞(single level cell,SLC)与多阶细胞(multiple level cell,MLC)两大类的闪存。单阶细胞闪存中的每个被当作记忆细胞(memory cell)的晶体管只有两种电荷值，分别用来表示逻辑值0与逻辑值1。另外，多阶细胞闪存中的每个被当作记忆细胞的晶体管的存储能力则被充分利用，是采用较高的电压来驱动，以通过不同级别的电压在一个晶体管中记录至少两组位信息(诸如00、01、11、10)；理论上，多阶细胞闪存的记录密度可以达到单阶细胞闪存的记录密度的至少两倍，这对于曾经在发展过程中遇到瓶颈的NAND型闪存的相关产业而言，是非常好的消息。
相较于单阶细胞闪存，由于多阶细胞闪存的价格较便宜，并且在有限的空间里可提供较大的容量，故多阶细胞闪存很快地成为市面上的记忆装置竞相采用的主流。然而，多阶细胞闪存的不稳定性所导致的问题也一一浮现。为了确保记忆装置对闪存的访问控制能符合相关规范，闪存的控制器通常备有某些管理机制以妥善地管理数据的存取。
依据现有技术，有了这些管理机制的记忆装置还是有不足之处。举例来说，在温度剧烈变化的状况下，数据错误的机率会显着地增加。因此，需要一种新颖的方法及相关架构，以在没有副作用或较不可能带来副作用的状况下提升记忆装置的效能。
发明内容
本发明的一目的在于公开一种用来于一记忆装置中进行刷新(refresh)管理的方法以及相关的记忆装置及其控制器，以解决上述问题。
本发明的另一目的在于公开一种用来于一记忆装置中进行刷新管理的方法以及相关的记忆装置及其控制器，以在没有副作用或较不可能带来副作用的状况下达到记忆装置的优化(optimal)效能。
本发明的至少一实施例公开一种用来于一记忆装置中进行刷新管理的方法，其中所述记忆装置包括一非挥发性存储器(non-volatile memory,NV memory)，且所述非挥发性存储器包括多个非挥发性存储器组件(NV memory element)。所述方法可包括：监控(monitor)所述记忆装置的温度，其中所述温度是通过一温度传感器(sensor)来侦测；依据所述温度来更新一记录最高温(recorded maximum temperature)与一记录最低温(recorded minimum temperature)；检查所述记录最高温与所述记录最低温之间的差值是否大于一预定温度阈值；以及当所述差值大于所述预定温度阈值时，触发(trigger)所述记忆装置的刷新(refresh)。
本发明的至少一实施例公开一种记忆装置，其可包括：一非挥发性存储器，用来存储信息，其中所述非挥发性存储器包括多个非挥发性存储器组件；以及一控制器，耦接至所述非挥发性存储器，用来控制所述记忆装置的运作。所述控制器可包括一处理电路，而所述处理电路可依据来自一主装置的多个主装置指令控制所述控制器，以容许所述主装置通过所述控制器存取(access)所述非挥发性存储器。例如：所述控制器监控所述记忆装置的温度，其中所述温度是通过一温度传感器来侦测；所述控制器依据所述温度来更新一记录最高温与一记录最低温；所述控制器检查所述记录最高温与所述记录最低温之间的差值是否大于一预定温度阈值；以及当所述差值大于所述预定温度阈值时，所述控制器触发所述记忆装置的刷新。
本发明的至少一实施例公开一种记忆装置的控制器，其中所述记忆装置包括所述控制器与一非挥发性存储器，且所述非挥发性存储器包括多个非挥发性存储器组件。所述控制器可包括一处理电路，而所述处理电路可依据来自一主装置的多个主装置指令控制所述控制器，以容许所述主装置通过所述控制器存取所述非挥发性存储器。例如：所述控制器监控所述记忆装置的温度，其中所述温度是通过一温度传感器来侦测；所述控制器依据所述温度来更新一记录最高温与一记录最低温；所述控制器检查所述记录最高温与所述记录最低温之间的差值是否大于一预定温度阈值；以及当所述差值大于所述预定温度阈值时，所述控制器触发所述记忆装置的刷新。
本发明的好处之一在于，通过刷新管理，本发明能针对所述控制器的运作进行妥善的控制，以避免温度剧烈变化的状况下的数据错误。另外，依据本发明的实施例来实施并不会增加许多额外的成本。因此，现有技术的问题可被解决，且整体成本不会增加太多。相较于现有技术，本发明能在没有副作用或较不可能带来副作用的状况下达到记忆装置的优化效能。
附图说明
图1为依据本发明一实施例的一种记忆装置与一主装置(host device)的示意图。
图2绘示图1所示记忆装置于一实施例中的分布偏移效应。
图3绘示图1所示记忆装置于另一实施例中的分布偏移效应。
图4为依据本发明另一实施例的一种用来于一记忆装置中进行刷新(refresh)管理的方法的工作流程。
其中，附图标记说明如下：
50 主装置
100 记忆装置
110 存储器控制器
112 微处理器
112C 程序代码
112M 只读存储器
114 控制逻辑电路
116 缓冲存储器
117 温度传感器
118 传输接口电路
120 非挥发性存储器
122-1,122-2,…,122-N 非挥发性存储器组件
300 工作流程
CCb0 细胞数
S10,S21,S22,S31,S32,S41,
S42,
S50,S61,S62,S70,S80 步骤
Vth_DAC 数字控制值
具体实施方式
I.存储器系统
请参考图1，图1为依据本发明一第一实施例的一种记忆装置100与一主装置(hostdevice)50的示意图。例如：记忆装置100可为一可携式记忆装置(例如：符合SD/MMC、CF、MS、UFS或XD标准的记忆卡)或固态硬盘(solid state drive,SSD)，但本发明并不限于此。另外，主装置50的例子可包括(但不限于)：多功能移动电话(multifunctional mobilephone)、平板计算机(tablet)、可穿戴装置(wearable device)、以及个人计算机(personalcomputer)诸如桌面计算机与膝上型计算机。依据本实施例，记忆装置100可包括一控制器诸如存储器控制器110，且可还包括一非挥发性存储器(non-volatile memory,NV memory)120，其中所述控制器是用来存取(access)非挥发性存储器120，且非挥发性存储器120是用来存储信息。非挥发性存储器120可包括多个非挥发性存储器组件(NV memory element)122-1、122-2、…与122-N，其中符号「N」可代表大于一的正整数。例如：非挥发性存储器120可为一闪存(Flash memory)，而非挥发性存储器组件122-1、122-2、…与122-N可分别为多个闪存芯片(Flash memory chip；可简称为快闪芯片)或多个闪存裸晶(Flash memorydie；可简称为快闪裸晶)，但本发明并不限于此。
如图1所示，存储器控制器110可包括处理电路诸如微处理器112、存储器诸如一只读存储器(read only memory,ROM)112M、控制逻辑电路114、缓冲存储器116、温度传感器117、与传输接口电路118，其中这些组件可通过一总线彼此耦接。缓冲存储器116是以随机存取存储器(random access memory,RAM)来实施、且可用来缓冲处理数据，而温度传感器117可用来侦测温度。另外，本实施例的只读存储器112M是用来存储一程序代码112C，而微处理器112则用来执行程序代码112C以控制对非挥发性存储器120的存取。请注意，程序代码112C也可存储在缓冲存储器116或任何形式的存储器内。此外，控制逻辑电路114可包括一错误更正码电路(未显示)，以保护数据、及/或进行错误更正，而传输接口电路118可符合一特定通信标准(诸如串行高级技术附件(Serial Advanced Technology Attachment,SATA)标准、并列高级技术附件(Parallel Advanced Technology Attachment,PATA)标准、通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)标准、或快捷外设互联(PeripheralComponent Interconnect Express，PCIE)标准)且可依据所述特定通信标准进行通信。
于本实施例中，主装置50可通过传送多个主装置指令(host command)与对应的逻辑地址予存储器控制器110来间接地存取记忆装置100中的非挥发性存储器120。存储器控制器110接收所述多个主装置指令与逻辑地址，并将所述多个主装置指令分别转译成存储器操作指令(简称操作指令)，再以操作指令控制非挥发性存储器120读取、写入(write)/编程(Program)非挥发性存储器120当中特定实体地址的记忆单位(memory unit)或数据页(page)，其中实体地址对应于逻辑地址。例如存储器控制器110可产生或更新至少一逻辑对实体地址映像表(logical-to-physical address mapping table)来管理实体地址与逻辑地址之间的关系。另外，控制逻辑电路114可包括一随机化器(randomizer)/去随机化器(de-randomizer)(未显示)，用来进行随机化(randomizing)/去随机化(de-randomizing)运作。当存储器控制器110将数据写入至非挥发性存储器120时，存储器控制器110可对所述数据进行随机化运作，使非挥发性存储器120存储随机化的数据。当存储器控制器110从非挥发性存储器120读取数据时，存储器控制器110可对所读出的随机化的数据进行去随机化运作，以取得先前被写入的数据。
II.对应于温度变化的分布偏移
图2绘示图1所示记忆装置100于一实施例中的分布偏移效应。横轴可代表阈值电压(Threshold Voltage)Vth的数字控制值Vth_DAC，而纵轴可代表在非挥发性存储器120(例如非挥发性存储器组件122-1、122-2、…与122-N)当中通过阈值电压Vth读取的位等于零的记忆细胞(Memory Cell)的细胞数(Cell Count)CCb0，其中数字控制值Vth_DAC也可称为阈值电压数字控制值，且细胞数CCb0也可称为零位(zero-bit)细胞数。由于存储器控制器110可具备随机化/去随机化机制(例如利用所述随机化器/去随机化器进行随机化/去随机化运作)，故存储于非挥发性存储器120中的数据已被随机化。
表1
| Vth_DAC | Vth(mV) |
| 0 | 0 |
| 1 | 20 |
| 2 | 40 |
| … | … |
| 255 | 5100 |
| … | … |
表1展示阈值电压Vth与数字控制值Vth_DAC之间的关系的例子，其中符号「…」可指出其内的某些表格内容被省略，但本发明并不限于此。这个例子中的数字控制值Vth_DAC可为大于或等于零的整数，且其变化的每一步可对应于20mV(millivolt；毫伏特)。例如：当Vth_DAC＝0，Vth＝0mV；当Vth_DAC＝1，Vth＝20mV；依此类推。又例如：当数字控制值Vth_DAC增加成为255时，Vth＝5100mV，也就是5.1V(volt；伏特)。
阈值电压Vth受温度的影响明显。相较于常温下存取(例如：于25℃写入、于25℃读取，标示为“W 25℃/R 25℃”)非挥发性存储器120的分布，于异常温度下存取(例如：于-40℃写入、于85℃读取，标示为“W-40℃/R 85℃”)非挥发性存储器120的分布向右偏移，这表示异常温度下以相同的阈值电压Vth来存取非挥发性存储器120很容易发生数据错误。
图3绘示图1所示记忆装置100于另一实施例中的分布偏移效应。相较于常温下存取(例如：于25℃写入、于25℃读取，标示为“W 25℃/R25℃”)非挥发性存储器120的分布，于异常温度下存取(例如：于85℃写入、于-40℃读取，标示为“W 85℃/R-40℃”)非挥发性存储器120的分布向左偏移，这表示异常温度下以相同的阈值电压Vth来存取非挥发性存储器120很容易发生数据错误。
III.数据刷新管理
针对分布偏移，存储器控制器110可进行记忆装置100的刷新(refresh)，尤其可进行记忆装置100的整个存储空间(诸如非挥发性存储器组件122-1、122-2、…与122-N的存储空间)的刷新，以将非挥发性存储器120(例如非挥发性存储器组件122-1、122-2、…与122-N)中的数据读取出来、且重新写入其中，其中同一组数据的逻辑地址通常不改变、且所述组数据的实体地址可以改变。刷新的例子可包括(但不限于)：重新充电(re-charge)、重新编程(re-program)、数据交换(data-swap)、数据搬移(data-moving)等。
图4为依据本发明另一实施例的一种用来于一记忆装置中进行刷新(refresh)管理的方法的工作流程300，其中所述方法可应用于记忆装置100，且可应用于所述控制器诸如存储器控制器110。
于步骤S10中，存储器控制器110可对记忆装置100进行初始化。例如：存储器控制器110可将温度T的一记录最高温(recorded maximum temperature)Tmax与一记录最低温(recorded minimum temperature)Tmin都设定为一预定值T0(也就是Tmax＝T0、Tmin＝T0；使用预定值T0作为它们的初始值)，其中存储器控制器110可利用其内的硬件资源(诸如缓冲存储器116或任何形式的存储器)来存储预定值T0、记录最高温Tmax与记录最低温Tmin，但本发明并不限于此。
于步骤S21中，存储器控制器110可控制记忆装置100于正常模式中运作。例如：微处理器112可依据来自主装置50的所述多个主装置指令控制存储器控制器110，以容许主装置50通过存储器控制器110存取非挥发性存储器120。
于步骤S22中，存储器控制器110可通过一内建传感器(built-in sensor)诸如温度传感器117，来监控(monitor)记忆装置100的温度T。例如：存储器控制器110可使用所述内建传感器所侦测到的最新温度来更新温度T，其中存储器控制器110可利用其内的硬件资源(诸如缓冲存储器116或任何形式的存储器)来存储温度T。
于步骤S31中，存储器控制器110可检查温度T是否大于记录最高温Tmax(标示为“T>Tmax？”)。当温度T大于记录最高温Tmax，进入步骤S41；否则，进入步骤S32。
于步骤S32中，存储器控制器110可检查温度T是否小于记录最低温Tmin(标示为“T<Tmin？”)。当温度T小于记录最低温Tmin，进入步骤S42；否则，进入步骤S21。
于步骤S41中，存储器控制器110可更新记录最高温Tmax，尤其将记录最高温Tmax更新为温度T的最新值，诸如所述内建传感器所侦测到的最新温度。
于步骤S42中，存储器控制器110可更新记录最低温Tmin，尤其将记录最低温Tmin更新为温度T的最新值，诸如所述内建传感器所侦测到的最新温度。
于步骤S50中，存储器控制器110可检查记录最高温Tmax与记录最低温Tmin之间的差值(Tmax–Tmin)是否大于一预定温度阈值Th1(标示为“(Tmax–Tmin)>Th1？”)。当差值(Tmax–Tmin)大于预定温度阈值Th1，进入步骤S61；否则，进入步骤S21。
于步骤S61中，存储器控制器110可重设(reset)记录最高温Tmax与记录最低温Tmin。例如：存储器控制器110可将记录最高温Tmax与记录最低温Tmin都重设为预定值T0(也就是Tmax＝T0、Tmin＝T0)。
于步骤S62中，存储器控制器110可触发(trigger)记忆装置100的整个存储空间(诸如非挥发性存储器组件122-1、122-2、…与122-N的存储空间)的刷新，其中这个触发运作可代表进入一刷新程序。例如：所述刷新程序可包括步骤S70与步骤S80的运作，但本发明并不限于此。
于步骤S70中，存储器控制器110可检查温度T是否在一目标范围中，其中所述目标范围可为一预定温度范围，尤其可为对应于常温的范围。例如：所述目标范围可为20℃至30℃的区间[20,30](℃)，且预定值T0可于所述目标范围中，尤其可为所述目标范围的中央值、或所述目标范围的边界(例如20与30)的平均值，诸如25(℃)，但本发明并不限于此。当温度T在所述目标范围中时，进入步骤S80；否则，(重新)进入步骤S70。依据本实施例，通过重新进入步骤S70，存储器控制器110可等待，直到温度T在所述目标范围中，其中记忆装置100的刷新是在温度T在所述目标范围中时开始进行。
于步骤S80中，存储器控制器110可进行记忆装置100的整个存储空间(诸如非挥发性存储器组件122-1、122-2、…与122-N的存储空间)的刷新。
依据某些实施例，于工作流程300中，一或多个步骤可修改、新增或删除。举例来说，步骤S61的运作可改为在所述刷新程序中(例如：步骤S62的运作之后；又例如：步骤S70的运作之后)进行，但本发明并不限于此。再举例来说，步骤S61的运作可改为在所述刷新程序之后(例如：步骤S80的运作之后)立即进行。
依据某些实施例，所述目标范围及/或预定值T0可予以变化。例如：针对较高温的国家及/或地区，所述目标范围可调整成为较高温的范围，诸如35℃至45℃的区间[35,45](℃)，且预定值T0可调整成为较高温的值，诸如40(℃)。又例如：针对较低温的国家及/或地区，所述目标范围可调整成为较低温的范围，诸如5℃至15℃的区间[5,15](℃)，且预定值T0可调整成为较低温的值，诸如10(℃)。为了简明起见，这些实施例与前述实施例相仿的内容在此不重复赘述。
依据某些实施例，存储器控制器110可通过所述内建传感器诸如温度传感器117，来侦测温度T的目前值作为预定值T0。此状况下，步骤S61的运作可以改成在步骤S80的运作完成时进行，例如可紧接着步骤S80之后进行。为了简明起见，这些实施例与前述实施例相仿的内容在此不重复赘述。
依据某些实施例，所述内建传感器可取代为一外部传感器(未显示)，诸如一温度传感器。例如：所述外部传感器可位于记忆装置100以外，尤其可位于主装置50中。又例如：所述外部传感器可位于记忆装置100中、且位于存储器控制器110以外。为了简明起见，这些实施例与前述实施例相仿的内容在此不重复赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (20)
1.一种用来于一记忆装置中进行刷新管理的方法，所述记忆装置包括一非挥发性存储器，所述非挥发性存储器包括多个非挥发性存储器组件，所述方法的特征在于，包括有：
监控所述记忆装置的温度，其中所述温度是通过一温度传感器来侦测；
依据所述温度来更新一记录最高温与一记录最低温；
检查所述记录最高温与所述记录最低温之间的差值是否大于一预定温度阈值；以及
当所述差值大于所述预定温度阈值时，触发所述记忆装置的刷新。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述记忆装置的刷新包括所述记忆装置的整个存储空间的刷新。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述记忆装置的整个存储空间包括所述多个非挥发性存储器组件的存储空间。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述触发运作代表进入一刷新程序。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
于所述刷新程序中，检查所述温度是否在一目标范围中，其中所述目标范围是一预定温度范围，且所述记忆装置的刷新是在所述温度在所述目标范围中时开始进行。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
检查所述温度是否在一目标范围中，其中所述目标范围是一预定温度范围；以及
当所述温度在所述目标范围中时，进行所述记忆装置的刷新。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述记录最高温与所述记录最低温都重设为一预定值，其中所述预定值是于所述目标范围中。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述预定值是所述目标范围的中央值。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述触发运作代表进入一刷新程序；以及所述方法还包括：
于所述刷新程序中，重设所述记录最高温与所述记录最低温。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述触发运作代表进入一刷新程序；以及所述方法还包括：
于所述刷新程序之后，立即重设所述记录最高温与所述记录最低温。
11.一种记忆装置，其特征在于，包括有：
一非挥发性存储器，用来存储信息，其中所述非挥发性存储器包括多个非挥发性存储器组件；以及
一控制器，耦接至所述非挥发性存储器，用来控制所述记忆装置的运作，其中所述控制器包括：
一处理电路，用来依据来自一主装置的多个主装置指令控制所述控制器，以容许所述主装置通过所述控制器存取所述非挥发性存储器，其中：
所述控制器监控所述记忆装置的温度，其中所述温度是通过一温度传感器来侦测；
所述控制器依据所述温度来更新一记录最高温与一记录最低温；
所述控制器检查所述记录最高温与所述记录最低温之间的差值是否大于一预定温度阈值；以及
当所述差值大于所述预定温度阈值时，所述控制器触发所述记忆装置的刷新。
12.如权利要求11所述的记忆装置，其特征在于，所述记忆装置的刷新包括所述记忆装置的整个存储空间的刷新。
13.如权利要求12所述的记忆装置，其特征在于，所述记忆装置的整个存储空间包括所述多个非挥发性存储器组件的存储空间。
14.如权利要求11所述的记忆装置，其特征在于，所述触发运作代表进入一刷新程序。
15.如权利要求14所述的记忆装置，其特征在于，于所述刷新程序中，所述控制器检查所述温度是否在一目标范围中，其中所述目标范围是一预定温度范围，且所述记忆装置的刷新是在所述温度在所述目标范围中时开始进行。
16.一种记忆装置的控制器，所述记忆装置包括所述控制器与一非挥发性存储器，所述非挥发性存储器包括多个非挥发性存储器组件，所述控制器的特征在于，包括有：
一处理电路，用来依据来自一主装置的多个主装置指令控制所述控制器，以容许所述主装置通过所述控制器存取所述非挥发性存储器，其中：
所述控制器监控所述记忆装置的温度，其中所述温度是通过一温度传感器来侦测；
所述控制器依据所述温度来更新一记录最高温与一记录最低温；
所述控制器检查所述记录最高温与所述记录最低温之间的差值是否大于一预定温度阈值；以及
当所述差值大于所述预定温度阈值时，所述控制器触发所述记忆装置的刷新。
17.如权利要求16所述的控制器，其特征在于，所述记忆装置的刷新包括所述记忆装置的整个存储空间的刷新。
18.如权利要求17所述的控制器，其特征在于，所述记忆装置的整个存储空间包括所述多个非挥发性存储器组件的存储空间。
19.如权利要求16所述的控制器，其特征在于，所述触发运作代表进入一刷新程序。
20.如权利要求19所述的控制器，其特征在于，于所述刷新程序中，所述控制器检查所述温度是否在一目标范围中，其中所述目标范围是一预定温度范围，且所述记忆装置的刷新是在所述温度在所述目标范围中时开始进行。
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