CN110874186A - 闪存控制器及相关的存取方法及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种闪存控制器，其包含有一人工智能模块以及一微处理器。在该闪存控制器的操作中，该人工智能模块用以自一主装置接收一资料，并判断该资料是属于热资料或是冷资料，以产生一判断结果；以及该微处理器用以根据该判断结果以决定将该资料写入至一闪存模块中的一第一区块或是一第二区块中，其中该第一区块中每一个记忆单元所记忆的位数不同于该第二区块中每一个记忆单元所记忆的位数。

Description

闪存控制器及相关的存取方法及电子装置
技术领域
本发明是有关于闪存控制器。
背景技术
在一般的闪存模块中，当其中所储存的资料需要进行更新时，闪存控制器会将与原本资料具有相同的逻辑地址的更新后资料写入到闪存模块的另一个实体地址，而原本储存在闪存模块内的资料则变为无效资料。因此，若是所储存的资料为操作系统经常存取且更新的热资料(hot data)时，则由于该资料会不断地被更新后写入到闪存模块的不同实体地址，因此会造成资料写入至闪存模块不久之后就变成无效资料，造成后续需要频繁进行垃圾收集(garbage collection)操作以释放出多余空间，且也增加了闪存模块中写入资料的写入放大因子(write amplification factor)，因而影响到闪存模块的寿命。
此外，一般闪存模块中可以具有两种不同的区块，例如单层式储存(single levelcell，SLC)区块以及双层式储存(multi level cell，MLC)区块以及三层式储存(triplelevel cell，TLC)区块以及四层式储存(Quadruple level cell，QLC)区块，其中三层式储存区块以及四层式储存区块是具有较大的储存容量以及较短的寿命，因此，若是将上述频繁更新的热资料储存在三层式储存区块或是四层式储存区块中，则会让三层式储存区块或是四层式储存区块充满无效资料，而可能因此触发垃圾收集操作以将其中的有效资料搬移至其他的区块，并抹除原本的内容以释放出多余空间。由于三层式储存区块以及四层式储存区块的抹除次数有一定的限制，故上述频繁的抹除操作会对闪存模块的寿命造成不良影响。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提供一种闪存控制器，其可以区分写入资料是属于热资料或是冷资料，并将热资料与冷资料分别写入到适合的区块之中，以解决先前技术中的问题。
在本发明的一个实施例中，揭露一种闪存控制器，其包含有一人工智能模块以及一微处理器。在该闪存控制器的操作中，该人工智能模块用以自一主装置接收一资料，并判断该资料是属于热资料或是冷资料，以产生一判断结果；以及该微处理器用以根据该判断结果以决定将该资料写入至一闪存模块中的一第一区块或是一第二区块中，其中该第一区块中每一个记忆单元所记忆的位数不同于该第二区块中每一个记忆单元所记忆的位数。
在本发明的另一个实施例中，揭露了一种存取一闪存模块的方法，其包含有以下步骤：自一主装置接收一资料；判断该资料是属于热资料或是冷资料，以产生一判断结果；以及根据该判断结果以决定将该资料写入至一闪存模块中的一第一区块或是一第二区块中，其中该第一区块中每一个记忆单元所记忆的位数不同于该第二区块中每一个记忆单元所记忆的位数。
在本发明的另一个实施例中，揭露了一种电子装置，其包含有一闪存模块以及一闪存控制器，而该闪存控制器包含有一人工智能模块以及一微处理器。在该闪存控制器的操作中，该人工智能模块用以自一主装置接收一资料，并判断该资料是属于热资料或是冷资料，以产生一判断结果；以及该微处理器用以根据该判断结果以决定将该资料写入至一闪存模块中的一第一区块或是一第二区块中，其中该第一区块中每一个记忆单元所记忆的位数不同于该第二区块中每一个记忆单元所记忆的位数。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的电子装置的示意图。
图2为闪存模块中所包含的不同区块的示意图。
图3为根据本发明一实施例的存取闪存模块的方法的流程图。
【符号说明】
100 电子装置
110 主装置
120 闪存控制器
121 界面电路
122 人工智能模块
124 微处理器
126 缓冲记忆体
128 只读记忆体
129 控制逻辑
130 闪存模块
210_1至210_N 单层式储存区块
220_1至220_M 三层式储存区块
300至308 步骤
具体实施方式
图1为根据本发明一实施例的电子装置100的示意图。如图1所示，电子装置100包含了一主装置110、一闪存控制器120以及一闪存模块130，其中闪存控制器120包含了一界面电路121、一人工智能模块122、一微处理器124、一缓冲记忆体126、一只读记忆体128以及一控制逻辑129。只读记忆体213是用来储存多个程序代码，而微处理器122则用来执行该些程序代码以控制对闪存模块130的存取，且闪存控制器120内的组件可透过图式的总线来进行资料的传递。在本实施例中，闪存控制器120以及闪存模块130可视为一固态硬盘(Solid-state drive，SSD)，电子装置100可以是任何具有固态硬盘的计算机或伺服器，而主装置110可以是用来透过闪存控制器120来存取闪存模块130的一处理器。
闪存模块130包含了至少一个闪存晶片，而每一个闪存晶片包含了多个区块(block)，且每一个区块包含了多个资料页(page)。在闪存的相关设计中，每一个区块是一个最小的抹除单位，亦即区块内的所有资料是一并被抹除而无法仅抹除一部分，且每一个资料页是为一最小的写入单位。此外，闪存模块130包含了多个寿命较长的多个第一区块以及寿命较短的多个第二区块，为了方便后续的说明，在以下图2所示的实施例中该多个第一区块是为单层式储存区块210_1至210_N、该多个第二区块是为三层式储存区块220_1至220_M，其中单层式储存区块210_1至210_N所包含的每一个记忆单元(例如，一个浮闸晶体管(floating gate transistor))仅用来储存一个位，而三层式储存区块220_1至220_M所包含的每一个记忆单元可用来储存三个位。由于单层式储存区块210_1至210_N以及三层式储存区块220_1至220_M的写入特性，三层式储存区块220_1至220_M可允许的抹除次数远低于单层式储存区块210_1至210_N可允许的抹除次数，亦即三层式储存区块220_1至220_M的寿命较低。
在电子装置100的操作中，当主装置110需要将一资料写入至闪存模块130中时，主装置110会传送一写入命令以及该资料至闪存控制器120中的界面电路121，接着，人工智能模块122先判断该资料是属于热资料(hot data)或是冷资料(cold data)，以产生一判断结果，其中热资料指示是经常需要更新的资料，例如操作系统或是档案系统的资料，而冷资料指的是不常更新的资料，例如影片、照片、档案...等等。接着，微处理器124根据该判断结果来决定将该资料写入至单层式储存区块210_1至210_N或是三层式储存区块220_1至220_M中，具体来说，若是该判断结果指出该资料为热资料时，微处理器124会透过控制逻辑129中的编码器(encoder)以及随机产生电路(randomizer)的处理来将该资料直接写入至单层式储存区块210_1至210_N中；而若是该判断结果指出该资料为冷资料时，微处理器124会透过控制逻辑129的处理来将该资料直接写入至三层式储存区块220_1至220_M中。
如上所述，由于经常需要更新的热资料会直接被写入到寿命较长且允许抹除次数较多的单层式储存区块210_1至210_N中，因此在单层式储存区块210_1至210_N所储存的资料大部分是热资料的情形下，由于其中所储存的大部分内容会因为资料更新而变为无效资料，因此在后续进行垃圾收集操作以回收旧有实体地址时所需要搬移的有效资料量便会降低，因此可以降低闪存模块130中会影响其寿命的写入放大因子，进而延长闪存模块130的使用寿命。另外，由于不常更新的冷资料会直接被写入到寿命较短但容量较高的三层式储存区块220_1至220_M中，故可以有效地利用闪存模块130的储存空间。
在一实施例中，人工智能模块122可以根据主装置110要求写入的资料的写入频率来判断该资料是属于热资料或是冷资料，举例来说，人工智能模块122可以根据该资料所对应到的逻辑地址在过去一段时间内(例如，几小时或是一天内)的写入次数来计算出该资料的写入频率(亦即，同一个逻辑地址的写入频率)，并当该资料的写入频率高于一临界值时判断该资料为热资料，以及当该资料的写入频率不高于该临界值时判断该资料为冷资料。在另一实施例中，人工智能模块122可以根据该资料的逻辑地址来判断该资料是属于热资料或是冷资料，例如当该资料的逻辑地址位于某些范围时判断该资料是属于热资料，反之则判断该资料是属于冷资料。在另一实施例中，人工智能模块122可以根据该资料的型态来判断该资料是属于热资料或是冷资料，例如当该资料的资料量为主装置110所传送的最小资料量时(例如，4千字节)判断该资料是属于热资料，反之则判断该资料是属于冷资料。
在一实施例中，人工智能模块122是在闪存控制器120处于一脱机状态(off-line)时进行训练操作以决定出多个判断逻辑，并在闪存控制器120处于一在线状态(on-line)时使用该多个判断逻辑以判断该资料是属于热资料或是冷资料，以产生该判断结果。举例来说，当闪存控制器120处于脱机状态时(亦即，闪存控制器120尚未连接到闪存模块130)，工程师可以透过将仿真的系统资料及/或其他的热资料输入到人工智能模块122，以供人工智能模块122进行训练来决定出一部分的判断逻辑，其中该些判断逻辑可以是用以判断热资料的写入频率的临界值，及/或热资料的逻辑地址特性，及/或热资料的资料型态或是资料量的分布；类似地，工程师亦可以透过将模拟的图片、影片及/或其他的冷资料输入到人工智能模块122，以供人工智能模块122进行训练来决定出另一部分的判断逻辑，例如用以判断冷资料的写入频率的临界值，及/或冷资料的逻辑地址特性，及/或冷资料的资料型态或是资料量的分布。
需注意的是，上述图2中闪存模块130仅包含单层式储存区块210_1至210_N以及三层式储存区块220_1至220_M，以及微处理器124根据人工智能模块122的判断结果将热资料以及冷资料分别写入到单层式储存区块210_1至210_N以及三层式储存区块220_1至220_M的技术内容仅是范例说明，而并非是作为本发明的限制。在本发明的其他实施例中，闪存模块130亦可以包含单层式储存区块、双层式储存区块、三层式储存区块以及四层式储存区块中的任意至少两种区块，且微处理器124根据人工智能模块122的判断结果将热资料写入到每一个记忆单元所记忆的位数较低的区块，并将冷资料写入到每一个记忆单元所记忆的位数较高的区块。举例来说，假设闪存模块130包含了双层式储存区块(每一个记忆单元记录两个位)以及单层式储存区块，则微处理器124根据人工智能模块122的判断结果将热资料以及冷资料分别写入到单层式储存区块以及双层式储存区块中；在另一例子中，假设闪存模块130包含了单层式储存区块、双层式储存区块以及四层式储存区块(每一个记忆单元记录四个位)，则微处理器124根据人工智能模块122的判断结果将冷资料写入到四层式储存区块中，并将热资料写入至单层式储存区块及/或双层式储存区块中；在另一例子中，假设闪存模块130包含了单层式储存区块、双层式储存区块以及四层式储存区块，则微处理器124可以根据人工智能模块122的判断结果将冷资料写入到双层式储存区块以及四层式储存区块中，并将热资料写入至单层式储存区块中。
图3为根据本发明一实施例的存取闪存模块130的方法的流程图。参考图1至图2及其揭露内容，流程如下所述。
步骤300：流程开始。
步骤302：自一主装置接收一资料。
步骤304：判断该资料是属于热资料或是冷资料，以产生一判断结果。当该判断结果指出该资料为热资料时，流程进入步骤306；而当该判断结果指出该资料为冷资料时，流程进入步骤308。
步骤306：将该资料写入至闪存模块中每一个记忆单元所记忆的位数较低的区块。
步骤308：将该资料写入至闪存模块中每一个记忆单元所记忆的位数较高的区块。
简要归纳本发明，在本发明的闪存控制器中，是包含了人工智能模块以判断来自主装置的资料是热资料或是冷资料，且微处理器根据人工智能模块的判断结果来将热资料写入至闪存模块中每一个记忆单元所记忆的位数较低的区块(例如，单层式储存区块)，并将冷资料写入至闪存模块中每一个记忆单元所记忆的位数较高的区块(例如，三层式储存区块)。透过本实施例的技术方法，可以延长闪存模块的使用寿命。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种闪存控制器，包含有：
一人工智能模块，用以自一主装置接收一资料，并判断该资料是属于热资料(hotdata)或是冷资料(cold data)，以产生一判断结果；
一微处理器，耦接于该人工智能模块，用以根据该判断结果以决定将该资料写入至一闪存模块中的一第一区块或是一第二区块中，其中该第一区块中每一个记忆单元所记忆的位数不同于该第二区块中每一个记忆单元所记忆的位数。
2.根据权利要求1所述的闪存控制器，其中当该判断结果指出该资料为热资料时，该微处理器将该资料写入至该闪存模块中的该第一区块；以及当该判断结果指出该资料为冷资料时，该微处理器将该资料写入至该闪存模块中的该第二区块，其中该第一区块中每一个记忆单元所记忆的位数低于该第二区块中每一个记忆单元所记忆的位数。
3.根据权利要求2所述的闪存控制器，其中该第一区块为一单层式储存区块，且该第二区块为一双层式储存区块；或是该第一区块为该单层式储存区块或是该双层式储存区块，且该第二区块为一三层式储存区块或是一四层式储存区块。
4.根据权利要求1所述的闪存控制器，其中该人工智能模块根据该资料的写入频率来判断该资料是属于热资料或是冷资料，以产生该判断结果。
5.根据权利要求4所述的闪存控制器，其中当该资料的写入频率高于一临界值时，该人工智能模块判断该资料为热资料；以及当该资料的写入频率不高于该临界值时，该人工智能电路判断该资料为冷资料。
6.根据权利要求4所述的闪存控制器，其中该人工智能模块根据该资料所对应到的逻辑地址在过去一段时间内的写入次数是否高于一临界值，以判断该资料是属于热资料或是冷资料，以产生该判断结果。
7.根据权利要求1所述的闪存控制器，其中该人工智能模块根据该资料的逻辑地址来判断该资料是属于热资料或是冷资料，以产生该判断结果。
8.根据权利要求1所述的闪存控制器，其中该人工智能模块是在该闪存控制器处于一脱机状态(off-line)时进行训练操作以决定出多个判断逻辑，并在闪存控制器处于一在线状态(on-line)时使用该多个判断逻辑以判断该资料是属于热资料或是冷资料，以产生该判断结果。
9.一种存取一闪存模块的方法，包含有：
自一主装置接收一资料；
判断该资料是属于热资料(hot data)或是冷资料(cold data)，以产生一判断结果；以及
根据该判断结果以决定将该资料写入至一闪存模块中的一第一区块或是一第二区块中，其中该第一区块中每一个记忆单元所记忆的位数不同于该第二区块中每一个记忆单元所记忆的位数。
10.一种电子装置，包含有：
一闪存模块；以及
一闪存控制器，用以存取该闪存模块，且包含有：
一人工智能模块，用以自一主装置接收一资料，并判断该资料是属于热资料(hotdata)或是冷资料(cold data)，以产生一判断结果；
一微处理器，耦接于该人工智能模块，用以根据该判断结果以决定将该资料写入至一闪存模块中的一第一区块或是一第二区块中，其中该第一区块中每一个记忆单元所记忆的位数不同于该第二区块中每一个记忆单元所记忆的位数。
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