CN110998737A - 可替换存储器 - Google Patents

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Abstract

本公开包含包括可替换存储器的设备。一种示范性设备可以包含控制器和存储器封装，所述存储器封装耦合到所述控制器并且包含多个存储器管芯。所述存储器封装和所述控制器中的至少一个可以是可替换单元，所述可替换单元可从所述设备去除并且可替换为不同的可替换单元，同时维持所述设备的操作。

Description

可替换存储器
技术领域
本公开总体上涉及半导体存储器，并且更特别地涉及可替换存储器。
背景技术
存储器装置通常作为计算机或其它电子装置中的内部、半导体、集成电路提供。存在许多不同类型的存储器，包含易失性和非易失性存储器。易失性存储器可能需要电力来维护其数据，并且可以包含随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)和同步动态随机存取存储器(SDRAM)等。非易失性存储器可以通过在不加电时保留存储的数据来提供持久化数据，并且可以包含NAND闪速存储器、NOR闪速存储器、只读存储器(ROM)和电阻可变存储器，例如相变随机存取存储器(PCRAM)、电阻性随机存取存储器(RRAM)和磁性随机存取存储器(MRAM)等。
存储器装置可以用作需要高存储器密度、高可靠性和低电力消耗的广泛电子应用中的易失性和非易失性存储器。非易失性存储器可以用于例如个人计算机、便携式记忆棒、固态驱动器(SSD)、个人数字助理(PDA)、数字相机、蜂窝电话、便携式音乐播放器(例如，MP3播放器和电影播放器)以及其它电子装置。数据(例如，程序代码、用户数据和/或系统数据(例如，基本输入/输出系统(BIOS)))通常存储在非易失性存储器装置中。
存储器装置可以包含各种存储器组件，并且所述存储器组件中的一或多个存储器组件的故障通常导致存储器装置的替换。而且，在维持装置操作时(例如，在不使系统掉电的情况下)，各种存储器组件是不可替换的。
附图说明
图1是根据本公开的多个实施例的包括存储器系统的设备的框图，所述存储器系统包含可替换单元。
图2示出了根据本公开的多个实施例的包括存储器系统的设备的一个实例，所述存储器系统包含可替换单元。
图3示出了根据本公开的多个实施例的包括存储器系统的设备的一个实例，所述存储器系统包含可替换单元。
具体实施方式
本公开包含包括可替换存储器的设备。一种示范性设备可以包含控制器和存储器封装，所述存储器封装耦合到所述控制器并且包含多个存储器管芯。所述存储器封装和所述控制器中的至少一个可以是可替换单元，所述可替换单元可从所述设备去除并且可替换为不同的可替换单元，同时维持所述设备的操作。
本公开的实施例可以提供益处，例如减少由于一或多个组件(例如，控制器、存储器封装、存储器管芯、电源等)的故障而替换存储器装置(例如，SSD)的需要。例如，在一些先前的方法中，可能包含几个存储器封装(例如，芯片)和/或几个存储器管芯的SSD将被视为单故障点(SPOF)。因此，例如，仅一个封装的故障可能会导致整个SSD的替换。在一些先前的方法中，尽管一或多个SSDS发生故障，但包括多个SSD的存储器系统仍然可以使用；然而，此些方法可能会大大降低系统的容量、性能和可靠性。例如，考虑包括多个SSD的系统，每个SSD的容量为8太字节(TB)或更多。在此情况下，如果故障导致需要替换SSD本身，即使此故障是单个SSD组件(例如，封装)的故障，也可能带来巨大的负担。例如，不仅会减少系统的容量，而且会增加系统的剩余未故障SSD的操作负担。在一些先前的方法中，特定的存储器组件(例如，DRAM芯片)可能在不关闭系统的情况下是不可替换的；从而扰乱了系统的操作。
相比之下，本公开的多个实施例可以包含设备，所述设备包含各个存储器组件作为可替换单元，使得所述设备不包含各个组成组件的SPOF。例如，在各个实施例中，可以在维持系统的操作的同时(例如，在使系统掉电的情况下)替换组成组件(例如，控制器、封装、管芯等)。
如本文使用，可替换单元可以是现场可替换单元。例如，可替换单元可以包含甚至可以由缺少对存储器系统和/或组成存储器组件的深入了解的人也可以容易地去除和替换的存储器组件(例如，存储器封装)。例如，可替换单元可以包含可以“在现场”替换的NAND封装，而无需从系统去除整个子组合件或模块(例如，SSD)和/或无需使系统掉电。
在本公开的以下详细描述中，参考了构成本公开的一部分的附图，并且在附图中，通过图示的方式示出了可以如何实践本公开的一或多个实施例。足够详细地描述了这些实施例以使本领域普通技术人员能够实践本公开的实施例，并且应当理解，可以利用其它实施例，并且可以在不脱离本公开的范围的前提下进行工艺、电气和结构上的改变。
如本文使用，诸如“N”和“M”的标号(特别是相对于附图中的附图标记)是指可以包含如此进行标号的多个特定特征。还应理解，本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而并非旨在是限制性的。如本文使用，单数形式“一个/一种(a/an)”和“所述”可以包含单数和复数指代物，除非上下文另外明确指出。另外，“多个”事物(例如，多个存储器单元)可以是指一或多个此类事物，而“多个”旨在是指多于一个此类事物(例如，多于一个存储器单元)。此外，在整个本申请中，词语“可以/可能(can/may)”以允许性含义(例如，有潜力、能够)而非强制性含义(例如，必需)使用。
本文中的附图遵循编号惯例，其中第一位或前几位数字与附图编号相对应，其余各位数字标识附图中的元件或组件。可以通过使用类似的数字来标识不同附图之间的类似的元件或组件。例如，110可以指代图1中的元件“10”，而类似的元件可以在图2中被指代为210。
图1是根据本公开的多个实施例的计算系统100的形式的设备的框图，所述计算系统100包含主机102和多个包含可替换单元的存储器系统110-1、……、110-N。系统110-1、……、110-N可以被统称为存储器系统110。计算系统100可以是数据中心或服务器系统，但是实施例不限于此。
主机102可以是主机系统，例如个人膝上型计算机、台式计算机、数字相机、移动电话或存储卡读取器、存储控制器、存储系统以及可访问并控制存储器系统110的各种其它类型的主机。主机102可以包含系统母板和/或底板，并且可以包含多个存储器访问装置(例如，多个处理器)。
存储器系统110例如可以是固态驱动器(SSD)，并且可以包含多个控制器112-1、……、112-N和多个存储器封装114-1、……、114-N。如本文使用，存储器系统110、控制器112和/或存储器封装114也可以被单独地视为“设备”。在多个实施例中，存储器系统110可以是存储模块(例如，作为存储器缓冲器)，其包含多个非易失性封装(例如，包括NAND闪速存储器、相变存储器和/或RRAM的封装)和至少一个DRAM封装(例如，包含DRAM单元的管芯)。非易失性封装可以是存储类存储器(SCM)；然而，实施例不限于特定类型的非易失性封装。
存储器封装114可以用作系统100的存储卷。存储器封装114可以包含多个存储器管芯(例如2、4、8和/或16个存储器管芯)。封装114的组成管芯可以是NAND管芯和/或DRAM管芯以及各种其它管芯类型。在多个实施例中，给定系统110的存储器封装114和/或控制器112可以是可替换单元，所述可替换单元可从设备(例如，计算系统110)去除并且可替换为不同的可替换单元，同时维持设备的操作。
计算系统100可以包含接口，主机102可以通过所述接口访问存储器系统110。所述接口可以是例如串行高级技术附件(SATA)、外设组件互连快速(PCIe)或通用串行总线(USB)以及其它连接器和接口，它们可以符合各种接口协议，例如非易失性存储器快速(NVMe)(包含跨光纤NVMe(NVMeoF))。通常，主机102和存储器系统110经由具有兼容接收器的接口彼此耦合，用于传递控制、地址、数据和其它信号。
控制器112可以经由存储器接口(图1中未示出)耦合到存储器封装114。存储器接口可以支持各种标准和/或符合各种接口类型，例如开放式NAND闪存接口(ONFI)规范。
控制器112可以是存储器系统中的每一个存储器系统的多个控制器中的一个控制器。控制器112可以与存储器封装114通信以控制数据读取、写入和擦除操作以及其它操作。在多个实施例中，控制器112中的每一个控制器是可替换单元，使得在多个控制器中的一或多个控制器发生故障之后，多个控制器中的一个非故障控制器被配置成继续为存储器封装服务，使得维持设备的操作(尽管发生故障)。
存储器封装114可以是存储器系统110的多个存储器封装中的一个存储器封装。在多个实施例中，多个存储器封装中的每一个存储器封装是可替换单元，使得在多个存储器封装中的一或多个存储器封装发生故障之后，多个存储器封装中的所述一或多个存储器封装被替换以维持相同数量的非故障存储器封装(尽管发生故障)。因此，封装114和/或控制器112是可替换的，使得系统110不是SPOF。在多个实施例中，可以经由各种数据保护方案来保护存储在多个存储器封装中的数据，所述数据保护方案包含RAIN(独立节点冗余阵列)、RAID(独立磁盘冗余阵列)和/或ECC(纠错编码)。
图2示出了根据本公开的多个实施例的呈计算系统200的形式的设备的一个实例，所述计算系统200包含可替换单元。计算系统200包含主机202和存储器系统210。主机202和存储器系统210可以类似于结合图1描述的主机102和存储器系统110。在多个实施例中，存储器系统210是耦合到主机202的多个存储器系统中的一个存储器系统。
主机202例如经由总线204耦合到存储器系统210，所述总线204可以符合接口协议，例如NVMe(包含NVMeoF)。
在多个实施例中，可以由主机202提供数据保护方案，例如包含RAID、RAIN和/或ECC。例如，当多个存储器系统耦合到主机202时，主机202可以经由RAID方案跨多个存储器系统210保护数据。此外，主机202经由RAIN和/或EC跨系统210内的存储器封装214保护数据。
如图2中所示，存储器系统210可以包含多个控制器212-1和212-2(例如，被统称为控制器212)和耦合到控制器212的多个存储器封装214-1、214-2、214-3、214-4、214-5、214-6、214-7和214-8(例如，被统称为存储器封装214)。在多个实施例中，存储器封装214中的至少一个存储器封装可以包含多个存储器管芯。
在多个实施例中，控制器212可以经由总线213耦合到多个存储器封装。在一些实施例中，总线213可以是符合ONFI的总线。此外，控制器212可以被配置成通过提供RAIN和EC中的至少一种来保护存储在多个存储器封装上的数据。
在多个实施例中，控制器212经由控制器间消息传送总线215彼此耦合。因此，控制器212-1和212-2中的一个或两个可以为存储器系统210服务。
在多个实施例中，存储器封装214可以是可以包含非易失性存储器单元的非易失性存储器(NVM)封装。例如，存储器封装214中的至少一个存储器封装可以是NAND封装。
在多个实施例中，存储器系统210可以包含一或多个在其上实施了存储器封装214的系统板211(例如，PCB)。图3示出了多个系统板的一个实例。
在多个实施例中，存储器封装214中的至少一个存储器封装是可替换单元，所述可替换单元可从存储器系统210去除并且可替换为不同的封装214，同时维持存储器系统210的操作。在一些实施例中，响应于存储器封装214中的一或多个存储器封装的故障，存储器封装214中的所述一或多个存储器封装可以被替换为可替换单元。例如，在图2中，存储器封装214-4表示被替换(例如，如由箭头250所示)为不同的存储器封装214-9的故障封装。可以经由控制器212和/或主机202提供的RAID、RAIN和/或ECC来恢复存储在故障存储器封装214-4中的数据。在替换之后，先前存储在故障存储器封装214-4中的数据可以被重写到替换存储器封装214-9。
在多个实施例中，控制器212中的至少一个控制器是可替换单元，所述可替换单元可从存储器系统210去除并且可替换为不同的可替换单元，同时维持存储器系统210的操作。在一些实施例中，响应于控制器212中的一个控制器的故障，控制器212中的所述一个故障控制器可以被替换为不同的可替换单元，并且控制器212中一个非故障控制器可以被配置成继续为存储器封装214服务，使得维持操作(尽管发生故障)。例如，在图2中，控制器212-2表示被替换(例如，如由箭头252所示)为不同的控制器212-3的故障控制器。在替换控制器212-2之前，控制器212-1可以代替控制器212-2继续为存储器封装214服务。因此，与先前的方法(其中存储器系统的控制器212可能是SPOF)相比，仅控制器212-2的故障可能不是存储器系统210的SPOF。
图3示出了根据本公开的多个实施例的计算系统300的形式的设备的一个实例，所述计算系统300包含可替换单元。计算系统300可以包含主机302和存储器系统310。存储器系统310包含多个控制器312-1和312-2(例如，被统称为控制器312)、耦合到控制器312的多个系统板311-1和311-2(例如，被统称为系统板311)。主机302可以例如经由总线304(例如，符合NVMe和/或NVMeoF接口的PCIe)耦合到存储器系统310，并且控制器312可以例如经由总线313(例如，符合ONFI的总线)耦合到存储器封装314。多个控制器312可以经由总线315(例如，控制器间消息传送总线)彼此耦合。
在多个实施例中，控制器312耦合到主机302，并且主机302可以被配置成控制控制器312跨系统板311保护数据，使得存储在多个系统板中的一个故障系统板中的数据是可恢复的。例如，主机302可以经由RAID方案跨系统板311保护数据。
如图3中所示，系统板311包含多个存储器封装314-1、314-2、314-3、314-4、314-5、314-6、314-7和314-8(例如，被统称为存储器封装314)。例如，系统板311-1可以包含存储器封装314-1、314-2、314-3和314-4，并且系统板311-2可以包含存储器封装314-5、314-6、314-7和314-8。
在多个实施例中，多个系统板311中的至少一个系统板、控制器312中的至少一个控制器和存储器封装314中的至少一个存储器封装是可替换单元，所述可替换单元可从存储器系统310去除并且可替换为不同的可替换单元，同时维持存储器系统310的操作。在一些实施例中，响应于可替换单元的故障，可替换单元可从存储器系统310去除并且可替换为不同的可替换单元，使得在替换所述故障可替换单元之后，存储器系统310可与所述不同的可替换单元一起操作。例如，在图3中，系统板311-2表示被替换(例如，如由箭头354所示)为不同的系统板311-3的故障系统板。
在多个实施例中，位于系统板311中的一个故障系统板上的非故障存储器封装可在多个系统板中的一个非故障系统板上重新使用。例如，存储器封装314-5和314-6表示位于故障系统板311-2上并且被替换(例如，如箭头356和358所示)为存储器封装314-1和314-2的非故障封装，所述存储器封装314-1和314-2表示故障封装并且位于非故障系统板311-1上。作为另一实例，存储器封装314-7和314-8表示位于故障系统板311-2上并且在系统板311-3中实施(例如，如由箭头360和362所示)的非故障存储器封装，所述系统板311-3待被替换为故障系统板311-2。
在多个实施例中，存储器系统310可以包含多个电源316-1和316-2。多个电源316中的至少一个电源可以是可替换单元，所述可替换单元可从存储器系统310去除并且可替换为不同的可替换单元。实施多个电源提供了益处，例如维持存储器系统310的操作直到替换例如存储器系统310的故障可替换单元。例如，响应于电源316-1的故障，非故障电源316-2可以被配置成继续为存储器系统310服务(例如，向存储器系统310供应电力)以提供电力供应(尽管发生故障)。
在多个实施例中，存储器系统310可以针对每个组件包含至少两个可替换单元。例如，存储器系统310可以包含两个电源316，如图3中所示。类似地，各种其它系统组件的副本可以包含在存储器系统310中，使得响应于组件中的一个组件的故障，组件中的另一组件可以为存储器系统310服务。
尽管本文已经示出并描述了具体实施例，但是本领域的普通技术人员将理解，被计算成实现相同结果的布置可以代替所示的具体实施例。本公开旨在覆盖本公开的多个实施例的改编或变型。应当理解，以上描述是以说明性方式进行的，而不是以限制性进行的。通过阅读以上描述，以上实施例的组合以及本文中未具体描述的其它实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本公开的多个实施例的范围包含使用以上结构和方法的其它应用。因此，本公开的多个实施例的范围应当参考所附权利要求以及此些权利要求所享有的等同的全部范围来确定。
在前面的具体实施方式中，出于简化本公开的目的，在单个实施例中将一些特征分组在一起。本公开的方法不应被解释为反映以下意图：本公开的公开实施例必须使用比每一权利要求中明确叙述的特征更多的特征。相反，如以下权利要求所反映，发明主题在于少于单个公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求据此并入具体实施方式中，其中每一权利要求独立地作为单独的实施例。

Claims (20)

1.一种设备，其包括：
控制器；和
存储器封装，其耦合到所述控制器，所述存储器封装包括多个存储器管芯；
其中所述存储器封装和所述控制器中的至少一个是可替换单元，所述可替换单元可从所述设备去除并且可替换为不同的可替换单元，同时维持所述设备的操作。
2.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述存储器封装是所述设备的多个存储器封装中的一个存储器封装；并且
所述多个存储器封装中的每一个存储器封装是可替换单元，使得在所述多个存储器封装中的一或多个存储器封装发生故障之后，所述多个存储器封装中的所述一或多个存储器封装被替换以维持相同数量的非故障存储器封装，尽管发生所述故障。
3.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述控制器是耦合到所述存储器封装的所述设备的多个控制器中的一个控制器；并且
所述多个控制器中的每一个控制器是可替换单元，使得在所述多个控制器中的一或多个控制器发生故障之后，所述多个控制器中的一个非故障控制器被配置成继续为所述存储器封装服务，使得维持所述设备的所述操作，尽管发生所述故障。
4.一种设备，其包括：
多个控制器；和
多个存储器封装，其耦合到所述多个控制器；
其中所述多个存储器封装中的至少一个存储器封装包括多个存储器管芯；并且
其中所述多个存储器封装中的至少一个存储器封装和所述多个控制器中的至少一个控制器是可替换单元，所述可替换单元可从所述设备去除并且可替换为不同的可替换单元，同时维持所述设备的操作。
5.根据权利要求4所述的设备，其中响应于所述多个控制器中的一个控制器的故障：
所述多个控制器中的所述一个故障控制器被替换为不同的可替换单元，并且所述多个控制器中的一个非故障控制器被配置成继续为所述多个存储器封装服务，使得维持所述操作，尽管发生所述故障。
6.根据权利要求4到5中任一权利要求所述的设备，其中所述多个控制器经由控制器间消息传送总线彼此耦合。
7.根据权利要求4到5中任一权利要求所述的设备，其中所述多个控制器耦合到所述多个存储器封装，并且被配置成经由非易失性存储器快速NVMe接口为所述多个存储器封装服务。
8.根据权利要求4到5中任一权利要求所述的设备，其中所述多个控制器被配置成通过提供以下中的至少一项来保护存储在所述多个存储器封装上的数据：
独立节点冗余阵列RAIN；和
纠错编码ECC。
9.根据权利要求4到5中任一权利要求所述的设备，其中所述存储器封装中的每一个存储器封装是NAND闪速存储器封装。
10.一种设备，其包括：
多个控制器；和
多个系统板，其耦合到所述多个控制器并且包括多个存储器封装；
其中所述多个系统板中的至少一个系统板、所述多个控制器中的至少一个控制器和所述多个存储器封装中的至少一个存储器封装是可替换单元，所述可替换单元可从所述设备去除并且可替换为不同的可替换单元，同时维持所述设备的操作。
11.根据权利要求10所述的设备，其中响应于所述可替换单元的故障，所述可替换单元可从所述设备去除并且可替换为所述不同的可替换单元，使得在替换所述故障可替换单元之后，所述设备可与所述不同的可替换单元一起操作。
12.根据权利要求10到11中任一权利要求所述的设备，其中位于所述多个系统板中的一个故障系统板上的非故障存储器封装可在所述多个系统板中的一个非故障系统板上重新使用。
13.根据权利要求10到11中任一权利要求所述的设备，其中所述多个控制器被配置成经由以下中的至少一项来保护存储在所述多个存储器封装上的数据：
独立磁盘冗余阵列RAID。
独立节点冗余阵列RAIN；和
纠错编码ECC。
14.根据权利要求10到11中任一权利要求所述的设备，其中所述多个控制器耦合到主机，其中所述主机被配置成跨所述多个系统板提供数据保护方案，使得存储在所述多个系统板中的一个故障系统板中的数据是可恢复的。
15.一种设备，其包括：
主机；
存储器系统，其耦合到所述主机并且包括：
多个控制器；和
多个非易失性存储器NVM封装，其经由总线耦合到所述多个控制器；并且
其中所述存储器系统的所述多个NVM封装中的至少一个NVM封装是可替换单元，所述可替换单元可从所述存储器系统物理地去除并且可替换为不同的NVM封装，同时维持所述存储器系统的操作。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述多个控制器中的至少一个控制器是可替换单元，所述可替换单元可从所述设备去除并且可替换为不同的可替换单元，同时维持所述存储器系统的操作。
17.根据权利要求15所述的设备，其中所述存储器系统包括多个电源，并且其中所述多个电源中的至少一个电源是可替换单元，所述可替换单元可从所述设备去除并且可替换为不同的可替换单元。
18.根据权利要求15到17中任一权利要求所述的设备，其中所述存储器系统是固态驱动器SSD。
19.根据权利要求15到17中任一权利要求所述的设备，其中所述多个存储器封装散布在多个不同的系统板上，并且其中所述系统板中的至少一个系统板是可替换单元，所述可替换单元可从所述设备去除并且可替换为不同的可替换单元。
20.根据权利要求15到17中任一权利要求所述的设备，其中从所述主机接收的数据被冗余地存储在所述多个NVM封装中的至少两个NVM封装中。
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