CN111625187B - 一种存储器及其控制方法与存储系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种存储器及其控制方法及存储系统，包括：闪存阵列，包括多个闪存块，用于存储数据；擦除次数记录表，用于记录所述多个闪存块的擦除次数；控制单元，连接所述闪存阵列，所述控制单元内设置有第一阈值，第二阈值，第一方差值和第二方差值，所述第一阈值小于所述第二阈值，所述第一方差值大于所述第二方差值；其中，当所述擦除次数记录表中的最大值小于所述第一阈值时，所述控制单元则进行第一磨损步骤。本发明提出的存储器使用寿命长。

Description

一种存储器及其控制方法与存储系统
技术领域
本发明涉及存储技术领域，特别涉及一种存储器及其控制方法与存储系统。
背景技术
固态硬盘(Solid State Disk，SSD)是一种基于永久性存储器，如闪存，或非永久性存储器，同步动态随机存取存储器的计算机外部存储设备。其具有读写速度快，低功耗，无噪音，抗震动，低热量，体积小，工作范围大，广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空等、导航设备等领域。
固态硬盘中包括有许多作为存储介质的flash颗粒，这些flash颗粒中包括有物理闪存块(Phsical Erase Block)，所谓的物理闪存块是指数据可以被擦除的存储块，但是由于物理闪存块有寿命限制，即最大擦除次数是有限的，为了提高其整体使用寿命，必须要对其进行磨损均衡，而且磨损均衡策略的选择非常重要，如果磨损均衡策略不好，还可能带来写放大，降低其使用寿命的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺陷，本发明提出一种存储器及其控制方法与存储系统，该存储器可以实现降低写放大的同时，提高使用寿命。
为实现上述目的及其他目的，本发明提出一种存储器，包括：
闪存阵列，包括多个闪存块，用于存储数据；
擦除次数记录表，用于记录所述多个闪存块的擦除次数；
控制单元，连接所述闪存阵列，所述控制单元内设置有第一阈值，第二阈值，第一方差值和第二方差值，所述第一阈值小于所述第二阈值，所述第一方差值大于所述第二方差值；
其中，当所述擦除次数记录表中的最大值小于所述第一阈值时，所述控制单元则进行第一磨损步骤；
当所述擦除次数记录表中的最大值大于所述第一阈值且小于所述第二阈值时，所述控制单元则根据所述擦除次数记录表中的数据，形成第三方差值，当所述第三方差值大于所述第一方差值时，所述控制单元则进行第二磨损步骤。
进一步地，当所述擦除次数记录表中的最大值大于所述第二阈值时，所述控制单元则根据所述擦除次数记录表中的数据，形成第四方差值，当所述第四方差值大于所述第二方差值时，所述控制单元则进行第三磨损步骤。
进一步地，当所述控制单元进行所述第一磨损步骤时，所述控制单元根据所述擦除次数记录表中的最小值，并将数据存储在所述最小值对应的所述闪存块中。
进一步地，当所述第三方差值小于所述第一方差值时，所述控制单元则增加所述第一阈值的值。
进一步地，还包括有效页记录表，有效块记录表，所述有效页记录表用于记录每一所述闪存块内的有效页的数量，所述有效块记录表用于记录每一所述闪存块的状态，所述闪存块的状态包括第一状态和第二状态。
进一步地，所述第二磨损步骤包括：
根据所述擦除次数记录表中的数值大小及所述有效块记录表，所述控制单元选择所述擦除次数记录表中的较小值对应的所述闪存块，且所述闪存块处于所述第一状态；
根据所述有效页记录表的数值大小，所述控制单元在处于所述第一状态的所述闪存块中选择所述有效页记录表中最大值对应的所述闪存块；
根据所述擦除次数记录表中的数值大小及所述有效块记录表，所述控制单元选择所述擦除次数记录表中最大值对应的所述闪存块，且所述闪存块处于所述第二状态；
所述控制单元将所述有效页记录表中的最大值对应的所述闪存块中的数据转移至所述擦除次数记录表中最大值对应的所述闪存块中。
进一步地，当所述第四方差值小于所述第二方差值，所述控制单元则增加所述第二阈值。
进一步地，还包括错误比特位数记录表，当读取每一所述闪存块的数据时，所述错误比特位数记录表用于记录错误的比特数量。
进一步地，所述第三磨损步骤包括：
根据所述擦除次数记录表中的数值大小及所述有效块记录表，所述控制单元选择所述擦除次数记录表中的较小值对应的所述闪存块，且所述闪存块处于所述第一状态；
根据所述有效页记录表的数值大小，所述控制单元在处于所述第一状态的所述闪存块中选择所述有效页记录表中最大值对应的所述闪存块；
根据所述擦除次数记录表中的数值大小及所述有效块记录表，所述控制单元选择所述擦除次数记录表中的较大值对应的所述闪存块，且所述闪存块处于所述第二状态；
根据所述错误比特位数记录表中的数值大小，所述控制单元在处于所述第二状态的所述闪存块中选择所述错误比特位数记录表中最大值对应的所述闪存块；
所述控制单元将所述有效页记录表中最大值对应的所述闪存块的数据转移至所述错误比特位数记录表中最大值对应的所述闪存块中。
进一步地，本发明还提出一种存储器的控制方法，包括：
通过控制单元设置第一阈值，第二阈值，第一方差值和第二方差值，所述第一阈值小于所述第二阈值，所述第一方差值大于所述第二方差值；
通过擦除次数记录表记录闪存阵列中多个闪存块的擦除次数，所述闪存阵列用于存储数据；
当所述擦除次数记录表中的最大值小于所述第一阈值时，所述控制单元则进行第一磨损步骤；
当所述擦除次数记录表中的最大值大于所述第一阈值且小于所述第二阈值时，所述控制单元则根据所述擦除次数记录表中的数据，形成第三方差值，当所述第三方差值大于所述第一方差值时，所述控制单元则进行第二磨损步骤。
进一步地，本发明还提出一种存储系统，包括：
主机；
存储器，连接所述主机，所述存储器包括：
闪存阵列，包括多个闪存块，用于存储数据；
擦除次数记录表，用于记录所述多个闪存块的擦除次数；
控制单元，连接所述闪存阵列，所述控制单元内设置有第一阈值，第二阈值，第一方差值和第二方差值，所述第一阈值小于所述第二阈值，所述第一方差值大于所述第二方差值；
其中，当所述擦除次数记录表中的最大值小于所述第一阈值时，所述控制单元则进行第一磨损步骤；
当所述擦除次数记录表中的最大值大于所述第一阈值且小于所述第二阈值时，所述控制单元则根据所述擦除次数记录表中的数据，形成第三方差值，当所述第三方差值大于所述第一方差值时，所述控制单元则进行第二磨损步骤。
综上所述，本发明提出一种存储器及其控制方法与存储系统，通过设置第一阈值，第二阈值，第一方差值和第二方差值，且该存储器可以根据擦除次数记录表中的数值进行第一磨损步骤或第二磨损步骤或第三磨损步骤，因此该存储器可以在降低写放大的同时，提高存储器的使用寿命。
附图说明
图1：本实施例中存储系统的框图。
图2：本实施例中NAND型闪速存储器的系统方块图。
图3：NAND存储芯片的系统方块图。
图4：存储单元阵列的方框图。
图5：本实施例中存储系统的组成图。
图6：本实施例中系统控制器的结构示意图。
图7：本实施例中存储器的结构示意图。
图8：本实施例中信息记录单元的结构示意图。
图9：本实施例中擦除次数记录表与闪存块的对应关系图。
图10：本实施例中有效块记录表与闪存块的对应关系图。
图11：本实施例中有效页记录表与闪存块的对应关系图。
图12：本实施例中错误比特位数记录表与闪存块的对应关系图。
图13：本实施例中第一磨损步骤的示意图。
图14-15：本实施例中第二磨损步骤的示意图。
图16-17：本实施例中第三磨损步骤的示意图。
图18：本实施例中故障率与时间的关系图。
图19：本实施例中存储器的控制方法流程图。
图20：本实施例中存储系统的框图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
这里所描述的系统包括用于控制包括闪存芯片的大容量存储模块的新颖结构。在图1中以高度概述的形式示出了整个系统。与这里的其它框图一样，图1所示的元件本质上是概念性的，它们示出了这些功能块之间的互相关系的性质，而不意在表示实际的物理电路级实施。
如图1所示，本实施例提出一种存储系统，该存储系统包括非易失性半导体存储装置。非易失性半导体存储装置是即使切断电源也不会丢失数据的非易失性存储器(非暂时的存储器)，本实施例中，作为非易失性半导体存储装置，举例说明NAND型闪速存储器120。另外，作为存储系统，举例说明具备NAND型闪速存储器的固态硬盘设备(Solid StateDrive，SSD)。
如图1所示，固态硬盘100经由接口171及电源线172与主机装置170(例如信息处理装置)连接。主机装置170例如由个人计算机、CPU核或者与网络连接的服务器等构成。主机装置170对固态硬盘100执行数据存取控制，例如，通过向固态硬盘100发送写入请求、读出请求及删除请求，对固态硬盘100执行数据的写入、读出及删除。
如图1所示，固态硬盘100具备SSD控制器(存储装置控制部)110、NAND型闪速存储器120、接口控制器(接口部)130及电源供给部140。SSD控制器110、接口控制器130及NAND型闪速存储器120通过总线150相互连接。
如图1所示，电源供给部140通过电源线172与主机装置170连接，接受从主机装置170供给的外部电源。电源供给部140和NAND型闪速存储器120通过电源线161连接，电源供给部140和SSD控制器110通过电源线162连接，电源供给部140和接口控制器130通过电源线163连接。电源供给部140对外部电源进行升压及降压，生成各种电压，向SSD控制器110、NAND型闪速存储器120及接口控制器130供给各种电压。
如图1所示，接口控制器130通过接口171与主机装置170连接。接口控制器130执行与主机装置170的接口处理。作为接口171，可以采用SATA(Serial Advanced TechnologyAttachment：串行高级技术附件)、PCI Express(Peripheral Component InterconnectExpress：高速外设部件互连)、SAS(Serial Attached SCSI：串行连接SCSI)、USB(Universal Serial Bus：通用串行总线)等。在一实施例中，作为接口171，以采用SATA场合的例子进行说明。
如图1所示，NAND型闪速存储器120非易失地存储数据。在NAND型闪速存储器120的物理地址空间，确保存储固件(Firmware，FW)的FW区域121、存储管理信息的管理信息区域122、存储用户数据的用户区域123、存储例如测试步骤时的各种日志的筛选日志区域125。
如图1所示，SSD控制器110控制固态硬盘100的各种工作。SSD控制器110可以通过执行在NAND型闪速存储器120的FW区域121存储的固件的处理器和各种硬件电路等来实现其功能，执行针对来自主机装置170的写请求、缓存刷新请求、读请求等的各种指令的主机装置170-NAND型闪速存储器120间的数据转送控制、在RAM111及NAND型闪速存储器120存储的各种管理表的更新·管理、筛选处理等。SSD控制器110从电源线172接受电源后，从FW区域121读出固件，然后，根据读出固件进行处理。SSD控制器110具备作为缓存区及操作区的RAM111和ECC(Error Checking and Correcting：错误检测和校正)电路112。
如图1所示，RAM111由DRAM(Dynamic Random Access Memory：动态随机存取存储器)、SRAM(Static Random Access Memory：静态随机存取存储器)等的易失性RAM，或MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory：磁阻随机存取存储器)、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory：铁电随机存取存储器)、ReRAM(ResistanceRandom Access Memory：电阻随机存取存储器)、PRAM(Phase-change Random AccessMemory：相变随机存取存储器)等的非易失性RAM构成。
如图1所示，ECC电路112在数据写入时，对写入数据生成纠错码，将该纠错码附加到写入数据，发送到NAND型闪速存储器120。另外，ECC电路112在数据读出时，对读出数据，采用读出数据所包含的纠错码进行检错(错误位检测)及纠错。ECC电路112的ECC编码、ECC解密采用例如Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)码、Reed-Solomon(RS)码、Low-Densi tyParity-Check(LDPC)码。电路112也可以是采用Cyclic Redundancy Check(CRC)码进行检错的CRC电路112。
如图2-3所示，图2显示为NAND型闪速存储器120的系统方块图，图3显示为NAND存储芯片200的系统方块图，NAND型闪速存储器120具备一个以上的NAND存储芯片200。
如图3所示，存储单元阵列202由可电改写数据的存储单元矩阵状配置而成。在存储单元阵列202配设了多个位线、多个字线及共用源极线。在位线和字线的交差区域，配置存储单元。
如图3所示，作为行解码器的字线控制电路205与多个字线连接，在数据的读出、写入及删除时，进行字线的选择及驱动。位线控制电路203与多个位线连接，在数据的读出、写入及删除时，控制位线的电压。另外，位线控制电路203在数据读出时检知位线的数据，在数据写入时向位线施加与写入数据相应的电压。列解码器204根据地址，生成用于选择位线的列选择信号，向位线控制电路203发送该列选择信号。
如图3所示，从存储单元阵列202读出的读出数据经由位线控制电路203、数据输入输出缓冲器209从数据输入输出端子208向外部输出。另外，从外部向数据输入输出端子208输入的写入数据经由数据输入输出缓冲器209，向位线控制电路203输入。
如图3所示，存储单元阵列202、位线控制电路203、列解码器204、数据输入输出缓冲器209及字线控制电路205与控制电路206连接。控制电路206根据从外部向控制信号输入端子207输入的控制信号，生成用于控制存储单元阵列202、位线控制电路203、列解码器204、数据输入输出缓冲器209及字线控制电路205的控制信号及控制电压。NAND存储芯片200中，与存储单元阵列202以外的部分一起称为存储单元阵列控制部(NAND控制器)201。
如图4所示，图4显示为存储单元阵列202的构成方框图。存储单元阵列202具备一个或多个平面(plane)(或District)。图4中的存储单元阵列202例如具备2个平面(平面0及平面1)的情况。各平面具备多个块(BLOCK)，各块(BLOCK)由多个存储单元构成，以该块(BLOCK)为单位，删除数据。
如图5所示，本实施例给出另一存储系统30的框图，该存储系统300包括至少一个控制器310和多个存储器320。控制器310通过存储区域网络(storage area network，SAN)与主机(图中未示出)连接。控制器310可以是一种计算设备，如服务器、台式计算机等等。在控制器310上安装有操作系统以及应用程序。控制器310可以接收来自主机的输入输出(I/O)请求。控制器310还可以存储I/O请求中携带的数据(如果有的话)，并且将该数据写入存储器320中。存储器320可以为固态硬盘。固态硬盘(Solid State Disk，SSD)是以闪存(flash memory)芯片为介质的存储器，又名固态驱动器(Solid State Drive，SSD)。
图5仅是示例性说明，在实际应用中存储系统可包含两个或两个以上控制器，每个控制器的物理结构和功能与控制器310类似，并且本实施例并不限定控制器之间，以及任意一个控制器与存储器320之间的连接方式。只要各个控制器之间，以及各个控制器和存储器320之间能够相互通信。
如图6所示，图6显示为控制器310的结构示例图，控制器310包括接口卡311、处理器313和接口卡314。接口卡311用于和主机通信，控制器310可以通过接口卡311接收主机的操作指令。处理器313可能是一个中央处理器(central processing unit，CPU)。在本发明实施例中，处理器313可以用于接收来自主机的I/O请求、处理所述I/O请求。所述I/O请求可以是写数据请求或者读数据请求，处理器313还可以将写数据请求中的数据发送给存储器320。此外，处理器313还可以用于执行系统垃圾回收操作。接口卡314用于和存储器320通信，控制器310可以通过接口卡314将写数据请求(包括数据以及所述数据的生命周期级别)发送给存储器320存储。
如图6所示，在本实施例中，控制器310还可以包括存储器312。存储器312用于临时存储从主机接收的数据或从存储器320读取的数据。控制器310接收主机发送的多个写数据请求时，可以将所述多个写数据请求中的数据暂时保存在存储器312中。当存储器312的容量达到一定阈值时，将存储器312存储的数据以及为所述数据分配的逻辑地址发送给存储器320。存储器320存储所述数据。存储器312包括易失性存储器，闪存芯片或其组合。易失性存储器例如为随机访问存储器(random-access memory，RAM)。闪存芯片例如软盘、硬盘、固态硬盘(solid state disk，SSD)、光盘等各种可以存储程序代码的机器可读介质。存储器312具有保电功能，保电功能是指系统发生掉电又重新上电时，存储器312中存储的数据也不会丢失。
如图6所示，在本实施例中，控制器310负责对数据的生命周期进行识别，并且把不同生命周期的数据划分为若干等级。本实施例中数据的生命周期和该数据的修改频率有关，修改频率越高的数据生命周期越短，修改频率越低的数据生命周期越长。例如日志写入量大但很快会被删除(在固态硬盘中的保存时间可能只有几分钟)，这类数据被划分为第一等级的生命周期。元数据相对于日志来说，它在固态硬盘中的保存时间略长，可以被划分为第二等级的生命周期。而业务数据中的热数据可以被划分为第三等级的生命周期，业务数据中的冷数据可以被划分为第四等级的生命周期。当然，本发明实施例并不限定生命周期级别的数量，可以只包含两个等级的生命周期，也可以包含三个或三个以上等级的生命周期。具体的，控制器310可以预先设置一个或多个生命周期阈值，将数据的生命周期与生命周期阈值进行比较从而确定该数据所属的生命周期级别。举例来说，预先设置第一生命周期阈值、第二生命周期阈值和第三生命周期阈值，其中第二生命周期阈值高于第一生命周期阈值，第三生命周期阈值高于第二生命周期阈值。当数据的生命周期等于或低于第一生命周期阈值时，它属于第一等级的生命周期，当数据的生命周期位于第一生命周期阈值与第二生命周期阈值之间时，该数据属于第二等级的生命周期，当数据的生命周期位于第二生命周期阈值和第三生命周期阈值之间时，该数据属于第三等级的生命周期，当数据的生命周期高于第三生命周期阈值时，该数据属于第四等级的生命周期。
如图6所示，控制器310在识别出数据的生命周期级别之后，将所述识别出的生命周期级别以参数的形式携带在NVMe协议中传递给存储器320，以便存储器320根据生命周期的参数判断生命周期级别，并且为不同生命周期级别的数据分配不同的数据存储模式的闪存块。
如图6所示，需要说明的是，控制器310属于系统控制器，系统控制器是独立的设备，不同于固态硬盘中的控制芯片。本实施例将固态硬盘的控制芯片称为闪存控制器。
如图7所示，图7显示为存储器320的结构示意图。存储器320包括控制单元321和多个闪存阵列322。其中，控制单元321用于执行控制器310发送的写数据请求或者读数据请求等操作。
如图7所示，控制单元321中包含闪存翻译层(flash translation layer，FTL)。闪存翻译层用于保存有数据的逻辑地址与实际地址之间的对应关系。因此，闪存翻译层用于将系统控制器发送的写数据请求或者读数据请求中的逻辑地址转化为固态硬盘中数据的实际地址。数据的逻辑地址是由系统控制器分配的，一个段的逻辑地址区间的子集。数据的逻辑地址包括起始逻辑地址和长度，起始逻辑地址指示所述数据位于的所述段的位置，长度代表所述数据的大小。数据的实际地址可以是固态硬盘中该数据的物理地址，也可以是在所述物理地址的基础上经过虚拟化，只对闪存控制器可见的地址。该经过虚拟化的实际地址对系统控制器不可见。
如图7所示，存储器320通常包括一个或多个闪存阵列322。每个闪存阵列322包括若干个闪存块。存储器320在读取或写入时是以一个页(page)为基础的，但擦除操作只能以一个闪存块为基础，擦除操作是指将这个块的所有位都设置为“1”。在擦除之前，闪存控制器需要先将这个闪存块中的有效数据复制到另一个块的空白页中去。闪存块中的有效数据是指该块中保存的没有被修改过的数据，这部分数据可能会被读取。闪存块中的无效数据是指该块中保存的已经被修改过的数据，这部分数据不可能会被读取。
如图7所示，每个闪存块包含多个页(page)。存储器320在执行写数据请求时，是以页为单位来写数据的。举例来说，控制器310向控制单元321发送一个写数据请求。所述写数据请求包括数据的逻辑地址。控制单元321在接收所述写数据请求之后，按照接收的时间顺序将所述数据连续写入一个或多个闪存块中。连续写入一个或多个闪存块是指，控制单元321查找一个空白的闪存块，将数据写入所述空白的闪存块，直至将所述空白的闪存块填满，当所述数据的大小超过闪存块的容量时，控制单元321再查找下一个空白的闪存块，继续写入。闪存翻译层建立并保存所述逻辑地址与写入所述数据的页的实际地址之间的对应关系。当控制器310向控制单元321发送读数据请求，要求读取所述数据时，所述读数据请求中包括所述逻辑地址。控制单元321根据所述逻辑地址，以及所述逻辑地址与实际地址之间的对应关系读取所述数据，并将该数据发送给控制器310。
如图7所示，存储单元(cell)是页的最小操作单元，一个存储单元对应一个浮栅晶体管，它可以存储1比特(bit)或多比特的数据，这取决于闪存的类型。一个页上的存储单元共享一根字符线。存储单元包括控制栅极和浮置栅极，浮置栅极是真正存储数据的单元。数据在存储单元中是以电荷(electrical charge)形式存储的。存储电荷的多少取决于控制栅极所被施加的电压，其控制了向浮置栅极中冲入电荷还是使其释放电荷。而数据的表示，以所存储的电荷的电压是否超过一个特定的阈值来表示。往浮置栅极中写入数据就是对控制栅极施加电压，使得浮置栅极中存储的电荷够多，超过阈值，就表示0。对闪存进行擦除操作就是对浮置栅极放电，使得浮置栅极中存储的电荷低于阈值，就表示1。
如图7所示，在本实施例中，控制单元321内设置有第一阈值，第二阈值，第一方差值和第二方差值。第一方差值对应于第一阈值，第二方差值对应于第二阈值。第一阈值小于第二阈值，第一方差值大于第二方差值。
如图7-8所示，在存储器320内还设置有信息记录单元330，信息记录单元300包括擦除次数记录表(Erase Count Table)331，有效块记录表(Valid Table)332，有效页记录表(ValidPage Count)333和错误比特位数记录表(Error Bit Count Table)334。
如图9所示，在本实施例中，擦除次数记录表(Erase Count Table)331用于记录每个闪存块的擦除次数，例如闪存块2的擦除次数为1，闪存块4的擦除次数为2。闪存块要存储数据时，要先擦除闪存块内的数据，然后才可以将数据写入闪存块内，闪存块的擦除次数越大，表示该闪存块的使用次数越多。
如图10所示，在本实施例中，有效块记录表(Valid Table)332用于记录每个闪存块的状态，有效块记录表中的数值对应两种状态，当有效块记录表中的数值为1时，则表示该闪存块处于可用状态，也就是该闪存块处于擦除状态；当有效块记录表中的数值为0时，则表示该闪存块处于不可用状态，也就是该闪存块已经写入数据。例如有效块记录表中对应闪存块0的状态为“1”，表示闪存块0处于可用状态，也就是闪存块0处于擦除状态，可以存储数据；有效块记录表中对应闪存块6的状态为“0”，表示闪存块6处于不可用状态，也就是闪存块6内存储数据。在本实施例中，将不可用状态定义为第一状态，将可用状态定义为第二状态。
如图11所示，在本实施例中，有效页记录表(Valid Page Count)333用于记录每个闪存块内的有效页的数量，当有效页的数量越大，表示该闪存块内的存储数据越多。例如闪存块7中的有效页的数量为8。
如图12所示，在本实施例中，错误比特位数记录表(Error Bit Count Table)334用于记录错误的比特数量，例如当读取闪存块5内的数据时，闪存块5内的错误的比特数量为6。
如图7和图13所示，当向闪存阵列322内存储数据时，在处于第一状态的所有闪存块中，当闪存块的擦除次数的最大值小于第一阈值时，控制单元321则进行第一磨损步骤。例如，有效块记录表中可以看出，闪存块1，闪存块2，闪存块3，闪存块5，闪存块7，闪存块8，闪存块9和闪存块10处于第一状态。其中闪存块9的擦除次数值最大，闪存块9的擦除次数为12，假设第一阈值为15，由于闪存块9的擦除次数小于第一阈值，因此控制单元321可以进行第一磨损步骤。当控制单元321进行第一磨损步骤时，控制单元321首先在有效块记录表中选择处于第二状态的闪存块，然后在这些处于第二状态的闪存块中选择擦除次数最小的闪存块。例如从有效块记录表中可以看出闪存块0，闪存块4，闪存块6，闪存块11处于第二状态，也就是处于可用状态。在闪存块1，闪存块4，闪存块6和闪存块11中，闪存块0的擦除次数最小，闪存块0的擦除次数为1，因此控制单元321可以将数据存储在闪存块0中。当然，控制单元321也可以将数据存储在闪存块4中。
如图7，图14和图15所示，在本实施例中，当向闪存阵列322内存储数据时，当擦除次数记录表中的最大值大于第一阈值且小于第二阈值时，例如闪存块7的擦除次数最多，闪存块7的擦除次数为20，第一阈值为15，第二阈值为24，因此闪存块7的擦除次数大于第一阈值且小于第二阈值。控制单元321则计算当前擦除次数记录表中的数值的方差，形成第三方差值。当第三方差值小于第一方差值时，则表示闪存块的当前的磨损程度符合期望值，因此可以增加第一阈值，继续按照当前的方式存储数据。
如图7，图14和图15所示，在本实施例中，当第三方差值大于第一方差值时，控制单元321则进行第二磨损步骤。当控制单元321进行第二磨损步骤时，控制单元321首先在有效块记录表中找到处于第一状态的闪存块，然后根据擦除次数记录表，在这些处于第一状态的闪存块中选择擦除次数较小的闪存块。例如，在本实施例中，闪存块1，闪存块5，闪存块10的擦除次数较小，因此控制单元321再根据有效页记录表，在闪存块1，闪存块5和闪存块10中选择出有效页数量最大的闪存块，闪存块1的有效页数量为2，闪存块5的有效页数量为6，闪存块10的有效页数量为11，因此闪存块10的有效页数量最多。
如图7，图14和图15所示，在本实施例中，控制单元321根据有效块记录表和擦除次数记录表中选择处于第二状态且擦除次数最大的闪存块，例如闪存块11处于第二状态，也就是处于可用状态，且闪存块11的擦除次数最大。因此控制单元321可以将闪存块10内的数据转移至闪存块11内，以均衡各个闪存块的磨损程度。当控制单元321完成第二磨损步骤之后，还要重新根据擦除次数记录表中数值计算出第三方差值，当第三方差值小于第一方差值，则表示闪存块的磨损程度符合期望，当第三方差值还是大于第一方差值时，控制单元321则继续进行第二磨损步骤。图15中的箭头表示数据转移的方向。
如图7，图16和图17所示，在本实施例中，当向闪存阵列322内存储数据时，当擦除次数记录表中的最大值大于第二阈值时，例如闪存块7的擦除次数最多，闪存块7的擦除次数为40，第二阈值为24，因此闪存块7的擦除次数大于第二阈值。控制单元321则计算当前擦除次数记录表中的数值的方差，形成第四方差值。当第四方差值小于第二方差值时，则表示闪存块的当前的磨损程度符合期望值。因此，可以增加第二阈值，继续按照当前的方式存储数据。
如图7，图16和图17所示，在本实施例中，当第四方差值大于第二方差值时，控制单元321则进行第三磨损步骤。当控制单元321进行第三磨损步骤时，控制单元321首先在有效块记录表中找到处于第一状态的闪存块，然后根据擦除次数记录表，在这些处于第一状态的闪存块中选择擦除次数较小的闪存块。例如，在本实施例中，闪存块0，闪存块6，闪存块10的擦除次数较小，因此控制单元321再根据有效页记录表，在闪存块0，闪存块6和闪存块10中选择出有效页数量最大的闪存块，闪存块1的有效页数量为30，闪存块6的有效页数量为24，闪存块10的有效页数量为18，因此闪存块0的有效页数量最多。
如图7，图16和图17所示，在本实施例中，控制单元321根据有效块记录表和擦除次数记录表中选择处于第二状态且擦除次数较大的闪存块。例如闪存块3，闪存块6，闪存块11的擦除次数较大，且闪存块3，闪存块6，闪存块11处于第二状态，也就是处于可用状态。控制单元321然后根据错误比特位数记录表，在闪存块3，闪存块6，闪存块11中找到错误比特数量最多的闪存块。闪存块3的错误比特位数为14，闪存块6的错误比特位数为37，闪存块11的错误比特位数为25，因此闪存块6的错误比特位数最大，因此控制单元321可以将闪存块0内的数据转移至闪存块6内，以均衡各个闪存块的磨损程度。当控制单元321完成第三磨损步骤之后，还要重新根据擦除次数记录表中数值计算出第四方差值，当第四方差值小于第二方差值，则表示闪存块的磨损程度符合期望，当第四方差值还是大于第二方差值时，控制单元321则继续进行第三磨损步骤。图17中的箭头表示数据转移的方向。在本实施例中，擦除次数记录表中的较小值是指依据擦除次数记录表中的数值大小进行排序，选择数值中较小的部分，擦除次数记录表中的较大值是指依据擦除次数记录表中的数值大小进行排序，选择数值中较大的部分。错误比特位数记录表中的较小值是指依据错误比特位数记录表中的数值大小进行排序，选择数值中较小的部分，错误比特位数记录表中的较大值是指依据错误比特位数记录表中的数值大小进行排序，选择数值中较大的部分。
如图18所示，图18显示为故障率与时间的关系图，在早期存储器通过自测已经度过降低的故障率阶段，用户的使用阶段在恒定的故障率和增长的故障率。在恒定的故障率阶段，存储器可以采用第一磨损步骤，在增长的故障率阶段，存储器可以采用第三磨损步骤。在恒定的故障率阶段和增长的故障率阶段之间的过渡期时，存储器可以采用第二磨损步骤。
如图19所示，本实施例还提出一种存储器的控制方法，包括：
S1：通过控制单元设置第一阈值，第二阈值，第一方差值和第二方差值，所述第一阈值小于所述第二阈值，所述第一方差值大于所述第二方差值；
S2：通过擦除次数记录表记录闪存阵列中多个闪存块的擦除次数，所述闪存阵列用于存储数据；
S3：当所述擦除次数记录表中的最大值小于所述第一阈值时，所述控制单元则进行第一磨损步骤；当所述擦除次数记录表中的最大值大于所述第一阈值且小于所述第二阈值时，所述控制单元则根据所述擦除次数记录表中的数据，形成第三方差值，当所述第三方差值大于所述第一方差值时，所述控制单元则进行第二磨损步骤；当所述擦除次数记录表中的最大值大于所述第二阈值时，所述控制单元则根据所述擦除次数记录表中的数据，形成第四方差值，当所述第四方差值大于所述第二方差值时，所述控制单元则进行第三磨损步骤。
如图7-17所示，该存储器的控制方法可以参阅图7-17所示及上述描述，本实施例不在进行阐述。
如图20所示，本实施例还提出一种存储系统400，该存储系统400可以包括主机410和通过接口411与主机410传送命令和/或数据的数据存储设备420。存储系统400可以被实现为个人计算机(PC)、工作站、数据中心、互联网数据中心、存储区域网络、网络附属存储器(NAS)或移动计算设备，但是本发明构思不限于这些示例。移动计算设备可以被实现为膝上型计算机、蜂窝电话、智能电话、平板PC、个人数字助理(PDA)、企业数字助理(EDA)、数字静止相机、数字视频相机、便携式多媒体播放器(PMP)、个人导航设备或便携式导航设备(PND)、手持式游戏控制台、移动互联网设备(MID)、可穿戴计算机、物联网(IoT)设备、物联网(IoE)设备、无人机或电子书，但是本发明构思不限于这些示例。
如图20所示，接口411可以是串行高级技术附件(SATA)接口，SATA快速(SATAe)接口、SAS(串行附件小型计算机系统接口(SCSI))、外围组件互连高速(PCIe)接口、非易失性存储器快速(NVMe)接口、高级主机控制器接口(AHCI)或多媒体卡(MMC)接口，但不限于此。接口411可以传输电信号或光信号。主机410可以经由接口411控制数据存储设备420的数据处理操作(例如，写操作或读操作)。主机410可以指主机控制器。
如图20所示，数据存储设备420可以是基于闪存的存储器设备，但不限于此。数据存储设备420可以被实现为SSD、嵌入式SSD(eSSD)、通用闪速存储器(UFS)、MMC、嵌入式MMC(eMMC)或受管理的NAND，但是本发明构思不限于这些示例。基于闪存的存储器设备可以包括存储器单元阵列。存储器单元阵列可以包括多个存储器单元。存储器单元阵列可以包括二维存储器单元阵列或三维存储器单元阵列。三维存储器单元阵列可以单片地形成在具有设置在硅衬底上或上方的有源区的存储器单元阵列中的一个或多个物理层级处，并且可以包括存储器单元的操作所涉及的电路。所述电路可以形成在硅衬底中、硅衬底上或上方。术语“单片”意指阵列中的每一层级的层直接沉积在阵列中的下层级的层上。三维存储器单元阵列可以包括竖直取向的竖直NAND串，使得至少一个存储器单元置于另一存储器单元上或上方。所述至少一个存储器单元可以包括电荷俘获层。
如图20所示，数据存储设备420可以包括控制单元421和闪存阵列422，控制单元421可以控制主机410。控制单元421与闪存阵列422之间可以进行命令和/或数据的传输或处理。
如图20所示，在本实施例中，数据存储设备420可以为上述的存储器，数据存储设备420的控制方法请参阅图7-图17对应的内容，在此不在阐述。
综上所述，本发明提出一种存储器及其控制方法及存储系统，通过设置第一阈值，第二阈值，第一方差值和第二方差值，且该存储器可以根据擦除次数记录表中的数值进行第一磨损步骤或第二磨损步骤或第三磨损步骤，因此该存储器可以在降低写放大的同时，提高存储器的使用寿命。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (8)

1.一种存储器，其特征在于，包括：
闪存阵列，包括多个闪存块，用于存储数据；
擦除次数记录表，用于记录所述多个闪存块的擦除次数；
控制单元，连接所述闪存阵列，所述控制单元内设置有第一阈值，第二阈值，第一方差值和第二方差值，所述第一阈值小于所述第二阈值，所述第一方差值大于所述第二方差值；
有效页记录表，有效块记录表，所述有效页记录表用于记录每一所述闪存块内的有效页的数量，所述有效块记录表用于记录每一所述闪存块的状态，所述闪存块的状态包括第一状态和第二状态；
其中，当所述擦除次数记录表中的最大值小于所述第一阈值时，所述控制单元则进行第一磨损步骤；当所述控制单元进行所述第一磨损步骤时，所述控制单元根据所述擦除次数记录表中的最小值，并将数据存储在所述最小值对应的所述闪存块中；
当所述擦除次数记录表中的最大值大于所述第一阈值且小于所述第二阈值时，所述控制单元则根据所述擦除次数记录表中的数据，形成第三方差值，当所述第三方差值大于所述第一方差值时，所述控制单元则进行第二磨损步骤；
且所述第二磨损步骤包括：
根据所述擦除次数记录表中的数值大小及所述有效块记录表，所述控制单元选择所述擦除次数记录表中的较小值对应的所述闪存块，且所述闪存块处于所述第一状态；
根据所述有效页记录表的数值大小，所述控制单元在处于所述第一状态的所述闪存块中选择所述有效页记录表中最大值对应的所述闪存块；
根据所述擦除次数记录表中的数值大小及所述有效块记录表，所述控制单元选择所述擦除次数记录表中最大值对应的所述闪存块，且所述闪存块处于所述第二状态；
所述控制单元将所述有效页记录表中的最大值对应的所述闪存块中的数据转移至所述擦除次数记录表中最大值对应的所述闪存块中。
2.根据权利要求1所述的存储器，其特征在于，当所述擦除次数记录表中的最大值大于所述第二阈值时，所述控制单元则根据所述擦除次数记录表中的数据，形成第四方差值，当所述第四方差值大于所述第二方差值时，所述控制单元则进行第三磨损步骤。
3.根据权利要求1所述的存储器，其特征在于，当所述第三方差值小于所述第一方差值时，所述控制单元则增加所述第一阈值的值。
4.根据权利要求2所述的存储器，其特征在于，当所述第四方差值小于所述第二方差值，所述控制单元则增加所述第二阈值。
5.根据权利要求2所述的存储器，其特征在于，还包括错误比特位数记录表，当读取每一所述闪存块的数据时，所述错误比特位数记录表用于记录错误的比特数量。
6.根据权利要求5所述的存储器，其特征在于，所述第三磨损步骤包括：
根据所述擦除次数记录表中的数值大小及所述有效块记录表，所述控制单元选择所述擦除次数记录表中的较小值对应的所述闪存块，且所述闪存块处于所述第一状态；
根据所述有效页记录表的数值大小，所述控制单元在处于所述第一状态的所述闪存块中选择所述有效页记录表中最大值对应的所述闪存块；
根据所述擦除次数记录表中的数值大小及所述有效块记录表，所述控制单元选择所述擦除次数记录表中的较大值对应的所述闪存块，且所述闪存块处于所述第二状态；
根据所述错误比特位数记录表中的数值大小，所述控制单元在处于所述第二状态的所述闪存块中选择所述错误比特位数记录表中最大值对应的所述闪存块；
所述控制单元将所述有效页记录表中最大值对应的所述闪存块的数据转移至所述错误比特位数记录表中最大值对应的所述闪存块中。
7.一种存储器的控制方法，其特征在于，包括：
通过控制单元设置第一阈值，第二阈值，第一方差值和第二方差值，所述第一阈值小于所述第二阈值，所述第一方差值大于所述第二方差值；
通过擦除次数记录表记录闪存阵列中多个闪存块的擦除次数，所述闪存阵列用于存储数据；
通过有效页记录表记录每一所述闪存块内的有效页的数量，通过有效块记录表于记录每一所述闪存块的状态，所述闪存块的状态包括第一状态和第二状态
其中，当所述擦除次数记录表中的最大值小于所述第一阈值时，所述控制单元则进行第一磨损步骤；当所述控制单元进行所述第一磨损步骤时，所述控制单元根据所述擦除次数记录表中的最小值，并将数据存储在所述最小值对应的所述闪存块中；
当所述擦除次数记录表中的最大值大于所述第一阈值且小于所述第二阈值时，所述控制单元则根据所述擦除次数记录表中的数据，形成第三方差值，当所述第三方差值大于所述第一方差值时，所述控制单元则进行第二磨损步骤；
且所述第二磨损步骤包括：
根据所述擦除次数记录表中的数值大小及所述有效块记录表，所述控制单元选择所述擦除次数记录表中的较小值对应的所述闪存块，且所述闪存块处于所述第一状态；
根据所述有效页记录表的数值大小，所述控制单元在处于所述第一状态的所述闪存块中选择所述有效页记录表中最大值对应的所述闪存块；
根据所述擦除次数记录表中的数值大小及所述有效块记录表，所述控制单元选择所述擦除次数记录表中最大值对应的所述闪存块，且所述闪存块处于所述第二状态；
所述控制单元将所述有效页记录表中的最大值对应的所述闪存块中的数据转移至所述擦除次数记录表中最大值对应的所述闪存块中。
8.一种存储系统，其特征在于，包括：
主机；
存储器，连接所述主机，所述存储器包括：
闪存阵列，包括多个闪存块，用于存储数据；
擦除次数记录表，用于记录所述多个闪存块的擦除次数；
控制单元，连接所述闪存阵列，所述控制单元内设置有第一阈值，第二阈值，第一方差值和第二方差值，所述第一阈值小于所述第二阈值，所述第一方差值大于所述第二方差值；
有效页记录表，有效块记录表，所述有效页记录表用于记录每一所述闪存块内的有效页的数量，所述有效块记录表用于记录每一所述闪存块的状态，所述闪存块的状态包括第一状态和第二状态；
其中，当所述擦除次数记录表中的最大值小于所述第一阈值时，所述控制单元则进行第一磨损步骤；当所述控制单元进行所述第一磨损步骤时，所述控制单元根据所述擦除次数记录表中的最小值，并将数据存储在所述最小值对应的所述闪存块中；
当所述擦除次数记录表中的最大值大于所述第一阈值且小于所述第二阈值时，所述控制单元则根据所述擦除次数记录表中的数据，形成第三方差值，当所述第三方差值大于所述第一方差值时，所述控制单元则进行第二磨损步骤；
且所述第二磨损步骤包括：
根据所述擦除次数记录表中的数值大小及所述有效块记录表，所述控制单元选择所述擦除次数记录表中的较小值对应的所述闪存块，且所述闪存块处于所述第一状态；
根据所述有效页记录表的数值大小，所述控制单元在处于所述第一状态的所述闪存块中选择所述有效页记录表中最大值对应的所述闪存块；
根据所述擦除次数记录表中的数值大小及所述有效块记录表，所述控制单元选择所述擦除次数记录表中最大值对应的所述闪存块，且所述闪存块处于所述第二状态；
所述控制单元将所述有效页记录表中的最大值对应的所述闪存块中的数据转移至所述擦除次数记录表中最大值对应的所述闪存块中。
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