CN114550772A

CN114550772A - Nand闪存中颗粒的管理方法、存储介质及存储设备

Info

Publication number: CN114550772A
Application number: CN202210229212.1A
Authority: CN
Inventors: 宛丽娟; 薛红军; 蒲强; 孟欣
Original assignee: Beijing Dera Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Dera Technology Co Ltd
Priority date: 2022-03-10
Filing date: 2022-03-10
Publication date: 2022-05-27

Abstract

本发明涉及数据存储技术领域，提供了一种NAND闪存中颗粒的管理方法、存储介质及存储设备，该方法包括：监测NAND闪存中各个颗粒die的可靠性状态；根据NAND闪存每一die的可靠性状态判定各个die中是否存在满足预设的颗粒不可靠认定条件的目标die；当各个die中存在所述目标die时，对所述目标die进行数据回收并标识所述目标die为不可靠die。本发明能够实时监测die的可靠情况，减小数据丢失的风险；同时优化出现以上情况后的处理程序，减小对性能稳定性的影响。

Description

NAND闪存中颗粒的管理方法、存储介质及存储设备

技术领域

本发明涉及数据存储技术领域，尤其涉及一种NAND 闪存中颗粒的管理方法、存储介质及存储设备。

背景技术

FTL(Flash Translation Layer，闪存转换层)的基本功能是完成主机（或者用户、host）逻辑地址空间到闪存物理空间的映射。由于nand闪存有一些重要的特性，比如，闪存块（nand block）需要先擦除才能写，不能覆盖写；闪存块都是有一定的寿命（program/erase count衡量）；由于电荷的流失，存储在闪存上的数据是会丢失的（data retention）；闪存有天生的坏块，另外，随着使用，也会产生新的坏块；擦写失败或读失败（ECC不能纠正数据错误）；每个闪存块读的次数是有限的，读太多会造成读干扰（read disturb）等。以上所述，FTL除了完成基本的地址映射，还需要处理垃圾回收、磨损均衡、坏块管理、读干扰、data retention等事情。

其中，对于FTL的坏块管理策略一般有两种，一是略过策略，二是替换策略。对于略过策略，实现较容易，用户根据建立的坏块表，在写闪存时，一旦遇到坏块就跨过它，写下一个物理块block。对于替换策略，当某个颗粒die上发现坏块时，它会被die上的某个好物理块替换，用户在写数据时，不会跨过，而是写在替换块上去。

在现有技术方案中，当die上遇到坏块时，先进行数据回收，并采用略过或是替换策略对坏块进行管理。也有人提出，在nand生命周期中，对die上的坏块数量进行统计，并设定阈值来界定坏块的管理方法。现有技术方案中，主要集中在坏块的管理方案及坏块回收效率上，大多数方案都能提高SSD的寿命和使用率。但是当出现坏块或坏die时，基于block层次的管理，将导致性能影响时限拉长，对于用户的使用体验处理欠佳。通常情况下，一个nanddie上挂载上千个block。当nand die 上的大部分block不稳定，导致读数据失败，例如，比特翻转个数超出ECC等纠错能力范围，而在此时用户正在读当前die上的数据，这就会影响用户体验，现有技术方案中，缺乏对此种情况的处理。同时，现有技术中，缺乏对nanddie的可靠性监测管理，不能预先剔除坏die，不仅导致闪存性能下降，还存在数据丢失的风险。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的NAND 闪存中颗粒的管理方法、存储介质及存储设备。

本发明的一个方面，提供了一种NAND 闪存中颗粒的管理方法，所述方法包括：

监测NAND闪存中各个颗粒die的可靠性状态；

根据NAND闪存每一die的可靠性状态判定各个die中是否存在满足预设的颗粒不可靠认定条件的目标die；

当各个die中存在所述目标die时，对所述目标die进行数据回收并标识所述目标die为不可靠die。

可选地，所述方法还包括：

将所述不可靠die更新到坏die记录表中，所述坏die记录表中的die禁止被再次使用。

可选地，所述对所述目标die进行数据回收，包括：

采用RAID纠错方式对所述目标die进行数据回收。

可选地，所述监测NAND闪存中各个颗粒die的可靠性状态，包括：

在系统上电恢复过程中，监测NAND闪存中各个颗粒die是否存在坏块信息获取失败的情况。

可选地，所述颗粒不可靠认定条件包括当前die的坏块信息获取失败；

所述根据NAND闪存每一die的可靠性状态判定各个die中是否存在满足预设的颗粒不可靠认定条件的目标die，包括：

当NAND闪存中任一die的坏块信息获取失败时，则判定当前die为满足预设的颗粒不可靠认定条件的目标die。

在系统运行时，监测每一个上电周期中NAND闪存的各个die上的坏块增量。

可选地，所述颗粒不可靠认定条件包括所述坏块增量大于预设的增量阈值；

当NAND闪存中任一die在一个上电周期中的坏块增量大于预设的增量阈值时，则判定当前die为满足预设的颗粒不可靠认定条件的目标die。

可选地，不同NAND闪存对应的增量阈值不同。

第二方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上NAND 闪存中颗粒的管理方法的步骤。

第三方面，本发明还提供了一种存储设备，包括存储控制器，所述存储控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上NAND 闪存中颗粒的管理方法的步骤。

本发明实施例提供的NAND 闪存中颗粒的管理方法、存储介质及存储设备，通过在NAND闪存使用过程中，监测NAND闪存中各个颗粒die的可靠性状态，以根据NAND闪存每一die的可靠性状态判定各个die中是否存在满足预设的颗粒不可靠认定条件的不可靠die，实现实时监测die 的可靠情况，减小数据丢失的风险；同时优化出现以上情况后的处理程序，减小对性能稳定性的影响。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的NAND 闪存中颗粒的管理方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

NAND闪存在使用过程中，其物理颗粒die可能会出现故障，例如，硬件器件老化，或操作不当引入等，会导致die 上挂载的大部分block不能操作，或是操作失败（读写擦失败等）；这些故障将会影响SSD的性能波动，并带来数据丢失的风险，给用户不好的体验。为此本发明将提出一种NAND 闪存中颗粒的管理方法，来实时监测die 的可靠情况，减小数据丢失的风险。

图1示意性示出了本发明一个实施例的NAND 闪存中颗粒的管理方法的流程图。照图1，本发明实施例的NAND 闪存中颗粒的管理方法具体包括以下步骤：

S11、监测NAND闪存中各个颗粒die的可靠性状态。

本实施例中，可通过以下方式定义die的可靠性状态。具体如下：

a. 系统上电rebuild时，某个die的坏块信息获取失败。

b. 系统运行时，在一个上电周期，某个die上的坏块增量大于预设的增量阈值TH，所述阈值TH取值可选为20-60。

其中，增量坏块来源于读写擦失败而产生的坏块。

S12、根据NAND闪存每一die的可靠性状态判定各个die中是否存在满足预设的颗粒不可靠认定条件的目标die。具体的，当NAND闪存的某一die出现以上两种情况的任意一种时，则将其认定为满足预设的颗粒不可靠认定条件的目标die。

S13、当各个die中存在所述目标die时，对所述目标die进行数据回收并标识所述目标die为不可靠die。

本实施例中所述的对所述目标die进行数据回收，具体为跳过normal read 和read retry，直接采用RAID纠错方式对所述目标die进行数据回收。本发明实施例中，当出现不可靠die后需要进行数据回收，当读数据时跳过normal read 和 read retry，直接启动RAID纠错方式，减少中间的大量retry 流程，保证性能的稳定性。同时减少对bad die的操作，降低nand卡死的风险。

本发明实施例提供的NAND 闪存中颗粒的管理方法，通过在NAND闪存使用过程中，监测NAND闪存中各个颗粒die的可靠性状态，以根据NAND闪存每一die的可靠性状态判定各个die中是否存在满足预设的颗粒不可靠认定条件的不可靠die，实现实时监测die 的可靠情况，减小数据丢失的风险；同时优化出现以上情况后的处理程序，减小对性能稳定性的影响。

进一步地，将所述不可靠die更新到坏die记录表中，所述坏die记录表中的die禁止被再次使用。本发明实施例中，预先构建有坏die记录表，坏die记录表和坏块表类似，用于记录每个die 的好坏情况。当当NAND闪存的某一die被标识为不可靠die时，则更新坏die记录表，以将不可靠die记录到坏die记录表中，所述坏die记录表中的die标为不可靠die后，将不再使用此die，彻底排除因die指令不能正常执行，如硬件卡死等，而带来的SSD卡死的风险。

在一个具体实施例中，步骤S11中的监测NAND闪存中各个颗粒die的可靠性状态，具体包括：在系统上电恢复过程中，监测NAND闪存中各个颗粒die是否存在坏块信息获取失败的情况。

在本发明实施例中，所述颗粒不可靠认定条件包括当前die的坏块信息获取失败。

进一步地，步骤S12中的根据NAND闪存每一die的可靠性状态判定各个die中是否存在满足预设的颗粒不可靠认定条件的目标die，具体包括：当NAND闪存中任一die的坏块信息获取失败时，则判定当前die为满足预设的颗粒不可靠认定条件的目标die。

具体的，系统上电恢复rebuild 过程中出现不可靠 die的实现方法具体如下：

在系统上电rebuild过程中，如果某个die的坏块信息获取失败，本发明将认为该die不可靠即为不可靠die，不可靠die不能正常完成收到的操作指令或读写擦失败的概率大于50%，且为了避免影响SSD的正常使用，在rebuild过程中对不可靠的die 进行如下管理：

1. 回收die上的数据；回收时将不对此die 进行操作，直接通过RAID纠错的方式将数据读出回收。

2. 待数据全部回收完，将当前die标为bad die，更新坏die 表；

3. 当被标为bad die后，将不会对bad die进行任何操作。

在另一个具体实施例中，步骤S11中的监测NAND闪存中各个颗粒die的可靠性状态，具体包括：在系统运行时，监测每一个上电周期中NAND闪存的各个die上的坏块增量。

在本发明实施例中，所述颗粒不可靠认定条件包括所述坏块增量大于预设的增量阈值。其中，不同NAND闪存对应的增量阈值不同。具体的，不同厂家、不同型号的NAND闪存，增量阈值，其可由实际测试数据得出。

进一步地，步骤S12中的根据NAND闪存每一die的可靠性状态判定各个die中是否存在满足预设的颗粒不可靠认定条件的目标die，具体包括：当NAND闪存中任一die在一个上电周期中的坏块增量大于预设的增量阈值时，则判定当前die为满足预设的颗粒不可靠认定条件的目标die。

具体的，系统运行过程中出现不可靠 die的实现方法具体如下：

运行过程中，在一个上电周期，记录每个die上的新增bad block数量，由此来监测NAND die的是否可靠。其操作方法如下：

1. 在每个上电周期中，记录每个die上的坏块bad block 增量；

2. 运行过程中监测bad block的增量数，如果达到预设的增量阈值TH，则认为当前die不可靠。

3. Die 不可靠后，当用户或是主机读到此die 上的数据时，将跳过read retry，直接使用RAID将数据读回。

4. Die 不可靠后，将此die上的数据加入回收任务里，优先主动回收。

5. 将此die 标记为bad die ，更新坏die 表。

6. 被标为bad die 后，此die 将不再使用。

本发明实施例提供的NAND 闪存中颗粒的管理方法，在NAND使用过程中，在rebuild和运行时，监测及管理各个die的可靠状况，具体的，在运行过程中的一个上电周期中，通过bad block 增量来实时监测die 的可靠情况，避免bad die带来的数据丢失的风险，提高数据可靠性。在系统rebuild时，能够在正常使用前剔除不可靠的die ，保证运行时性能的稳定。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

此外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述NAND 闪存中颗粒的管理方法的步骤。

本实施例中，所述NAND 闪存中颗粒的管理方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

此外，本发明实施例还提供了一种存储设备，包括存储控制器，所述存储控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上NAND 闪存中颗粒的管理方法的步骤。例如图1所示的步骤S11~S13。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种NAND 闪存中颗粒的管理方法，其特征在于，所述方法包括：

监测NAND闪存中各个颗粒die的可靠性状态；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述目标die进行数据回收，包括：

采用RAID纠错方式对所述目标die进行数据回收。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述监测NAND闪存中各个颗粒die的可靠性状态，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述颗粒不可靠认定条件包括当前die的坏块信息获取失败；

6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述监测NAND闪存中各个颗粒die的可靠性状态，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述颗粒不可靠认定条件包括所述坏块增量大于预设的增量阈值；

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，不同NAND闪存对应的增量阈值不同。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述方法的步骤。

10.一种存储设备，其特征在于，包括存储控制器，所述存储控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-8任一项所述方法的步骤。